ההיסטוריה של האירופאים בביירון ביי החלה בשנת 1770, כאשר מגלה הארצות ג'יימס קוק מצא נקודת עגינה בטוחה באזור זה, וקרא לאזור על שמו של עמיתו, קצין הצי המלכותי הבריטי, ג'ון ביירון.

התעשייה הראשונה באזור הייתה כריתת עצי אזדרכת אדומה אוסטרלית. תעשייה זו דעכה לאחר מלחמת העולם הראשונה, עם הירידה בשימוש בעץ, וגרמה לחוטבי עצים רבים לעזוב את התחום ולהפוך לחקלאים. התעשייה הבאה להופיע הייתה כריית זהב, אשר הופיעה בחופי ביירון סביב שנות ה-70 של המאה ה-19.

לאזור ביירון היסטוריה של תעשיות במגזר הראשוני, כאשר בין היתר קיימים בה מפעלי מוצרי חלב, בתי מטבחיים, תעשיית דייג וצייד לווייתנאים, כאשר האחרונה חדלה מפעילות בשנת 1963. המשורר ברונטון סטפנס תיאר את מרעה הבקר במשטחי קייפ ביירון, בשירו משנת 1876.

המזח הראשון בקייפ ביירון נבנה ב-1886, ומסילת הרכבת הראשונה חוברה לאזור ב-1894. באותה שנה, נפוץ שמו של האזור כ'ביירון ביי'. חקלאי מוצרי החלב השתלטו על שטחים רבים באזור, ובשנת 1895 נוסד באזור הקואופרטיב 'נורקו' (אנ'). השימוש בדשא פספלום האיץ את התפוקה, וביירון ביי החלה לייצא חמאה לרחבי העולם. מפעל נורקו היה הגדול ביותר בהמיספירה הדרומית, וייצר מוצרי מזון, החל ממוצרי חלב, עד לבייקון ומוצרי בשר מעובד נוספים.

המגדלור של קייפ ביירון נבנה ב-1901 בנקודה המזרחית ביותר של יבשת אוסטרליה. ב-1930 נפתח מפעל הבשר הראשון באזור. מכרות החול, שחיפשו אחר מונזיט (זירקון, אורניום ותוריום) בין מלחמות העולם גרמו לפגיעה סביבתית חמורה.

גולשי גלים החלו להגיע לאזור בשנות ה-60 של המאה ה-20. הייתה זו תחילתה של התיירות בביירון ביי. עד 1973, עת נערך פסטיבל אקווריוס בעיירה הסמוכה נימבין, צברה ביירון ביי מוניטין של עיירה היפית, שמחה, וסגנון חיים אלטרנטיבי נוסד. עם זאת, תשתיות התיירות נותרו מינימליים. החל משנות ה-80 התיירות בביירון ביי החלה להתפתח באופן רציני, עם הגעתם של גולשים רבים חסרי אמצעים כלכליים, ואנשים רבים בעלי אורח חיים היפי. לנוכח זאת, התפתחו באזור חנויות קמעונאות ואכסניות, בהתאם לצורכי המבקרים.

כיום, קייפ ביירון נחשב לאחד מאזורי הנדל"ן היוקרתיים ביותר בחוף המזרחי של אוסטרליה. עם זאת, לא שינתה העיירה ביירון ביי את פניה, וממשיכה למשוך גולשים רבים, תרמילאים ותיירים כלליים. העיירה נודעה בזכות הכמות הרבה של האנשים היצירתיים שהיא מכילה, בכללם אמנים, אומנים ומוזיקאים. בעוד העבר ההיפי של העיירה נשמר, קיימות בעיירה מגוון אמצעי העידן החדש, שירותים רוחניים כגון יוגה ומדיטציה ואף שירותי רפואה הוליסטית. בעיירה חיים כ-9,000 תושבים קבועים, בעוד שבכל שנה מבקרים בה מעל למיליון וחצי תיירים.

באזור מפרץ ביירון ובאזור הסמוכים אליו נמצאות מספר ספינות טרופות.