Bonaire legkorábbi ismert lakói a caquetio indiánok voltak, akik egy másik törzs az Arawak indiánok leszármazottjai és feltehetően a mai Venezuelából érkeztek a szigetre. A régészek a caquetio kultúrára utaló maradványokat találtak Kralendijk északkeleti részén és a Lac-öböl közelében. Továbbá erre a kultúrára utaló falfestményeket és domborműveket az Omina, Ceru Pungi, Ceru Crita-Cabai nevű barlangokban. A caquetio indiánok magas emberek voltak, amire a sziget régi neve is utal: las Islas de los Gigantes vagyis az óriások szigete.

1499-ben Alonso de Ojeda érkezett Curaçaoba és a szomszédos Bonaire szigetére. Ojedát Amerigo Vespucci és Juan de la Cosa kísérte. A spanyol hódítók úgy gondolták, hogy a szigetek nem haszontalanok, ezért 1515-ben bennszülötteket erőszakkal Santo Domingo rézbányáiba deportáltak rabszolgának.

1526-ban Juan de Ampies-t nevezték ki az ABC-szigetek spanyol parancsnokává. Visszahozta az eredeti Caquetio egy részét Bonairébe és Curaçaoba. Ampies háziasított állatokat importált Spanyolországból. A spanyol lakosok többnyire a sziget belsejében lévő Rinconban éltek, amely a kalóztámadások ellen védett volt.

A hollandiai West India Companyt 1621-ben alapították. 1623-tól a West India Company hajói Bonairére jöttek vízért, húsért és fáért. A hollandok a szigeten hagytak néhány spanyol és portugál foglyot és ők alapították Antriolt. A hollandok és a spanyolok 1568-tól 1648-ig harcoltak a szigetekért az úgy nevezett Nyolcvan éves háborúban. 1633-ban a hollandok elvesztették Sint Maarten szigetét a spanyol megtorlásra. A hollandok ezután megtámadták Arubát, Bonairét és Curacaót. Bonairét 1633 márciusában hódították meg. A hollandok 1639-ben felépítették Fort Oranje-t. Míg Curacao a rabszolga-kereskedelem központja lett, addig Bonaire a West India Company székhelyévé vált.

A kis számú afrikai rabszolgák mellett dolgoztak itt helyi indiánok és elítéltek is. Termesztettek itt kukoricát és egyéb haszonnövényeket. Rincon környékén építettek kőből épült házakat, ezeket Slave kunyhóknak nevezzük. Ezek a kunyhók túl alacsonyak ahhoz, hogy egy férfi kiegyenesedjen bennük.

A napóleoni háborúk alatt Hollandia kétszer (1800-1803, 1807-1816) vesztette el Bonaire feletti uralmát. Ezen időszakok alatt a szomszédos Curaco szigetével együtt a Britek uralkodtak a szigetek felett. Az ABC-szigetek az 1814-es Angol-Holland szerződés alapján Hollandia uralma alá kerültek. A Brit uralkodás ideje alatt sok fehér kereskedő telepedett le itt és felépítették Playa települését 1810-ben.

1816-tól 1868-ig Bonaire kormányzati ültetvény maradt. 1825-ben a szigeten több mint 300 rabszolga volt a kormány tulajdona. Fokozatosan egyre több rabszolgát szabadítottak fel, bizonyos feltételekkel a kormány felé. A fennmaradó rabszolgákat 1862. szeptember 30-án szabadították fel az Emancipációs Rendelet alapján. Ebben az időben a szigeten 607 kormányzati rabszolga és 151 magán rabszolgát szabadítottak fel.

1867-ben a kormány eladta a legtöbb közterületet. Az egész népesség két nagy magántulajdonostól függött, ami miatt sok ember szenvedett. Sok lakost arra kényszerítettek, hogy Arubára, Curacaóba vagy Venezuelába költözzön.

A második világháború idején Hollandiában a német megszállás alatt Bonaire volt Nagy-Britannia és az Amerikai Egyesült Államok védnöksége. Az amerikai hadsereg felépítette a Flamingo Repülőteret, mint a légierő bázisát. Miután Németország betört Hollandiába 1940. május 10-én, sok osztrák és német állampolgárt internáltak Bonaire-i táborokban a háború idejére. 1944-ben a Holland Julianna Hercegnő és Eleanor Roosevelt meglátogatta a Bonaire-i csapatokat.

A háború után Bonaire gazdasága tovább fejlődött. A repülőtér polgári forgalomra lett átalakítva, és az egykori internáló tábor lett a Bonaire első szállodája. A holland Schunck család egy Schunck Kledingindustrie Bonaire nevű ruházati gyárat épített és üzemeltetett. 1964-ben a Trans World Radio elkezdett műsorokat sugározni Boneiré-ből. A Holland Nemzetközi Rádió (angolul: Radio Netherlands Worldwide, hollandul: Radio Nederland Wereldomroep) 1969-ben két rövid hullámhosszú rádió adót épített a szigeten. A második nagyobb szálloda (Bonaire Beach Hotel) építését 1962-ben fejezték be. A sótermelés 1966-ban folytatódott, amikor a só lelőhelyeket a Antilles International Salt Company bővítette és modernizálta. A létesítmények egy része kiterjed a Karib-tengerre és egyes népszerű merülőhelyekre. A Bonaire Petroleum Corporation (BOPEC) 1975-ben nyílt meg olajszállítás céljával a szigeten.