A szigetvilág felfedezése körül sok vita volt, de napjainkban a történészek a felfedezést a Fernão de Noronha által 1501-1502-ben vezetett expedíciónak tulajdonítják. A szigetek első leírását Amerigo Vespucci készítette 1503-ban. 1534-ben az angolok elfoglalták a Fernando de Noronha-szigetcsoportot, majd 1556 és 1612 között a franciák tartották uralmuk alatt. 1628-ban a hollandok érkeztek a szigetre, akiket két évvel később kiszorított a Rui Calaza Borges által vezetett spanyol-portugál hadjárat. A hollandok 1635-ben visszafoglalták, és egy kórházat építettek csapataik számára, akik elfoglalták Északkelet-Brazíliát, a brazil partvidéket Rio Sao Francisco és Maranhão között. Ebben az időben a szigeteket Pavonia néven ismerték, a névadó Michiel de Pauw volt, a Holland Nyugat-indiai Társaság egyik elnöke. A terület holland fennhatóság alatt állt közel húsz évig, majd a portugálok visszafoglalták.

A Francia Kelet-indiai Társaság 1736-ban a szigetet teljesen elhagyatva és lakatlanul találta, megvásárolta és új nevet adott neki: Dauphine-sziget. De már 1737-ben a franciákat kiűzték, és Fernando de Noronha véglegesen portugál tulajdonba került. Elkezdődött a sziget erődítéseinek kiépítése. A tíz stratégiai, kikötésre alkalmas ponton erődöket emeltek, kilencet a fő szigeten, egyet São Josén, a Saint Anthony-kikötővel szemben. 1770 körül alapították az első állandó települést, Vila dos Remédiost. Brazília függetlenné válása után a szigetek jelentősége csökkent.

A 20. század elején a szigetekre érkeztek az angol, a francia és az olasz távírótársaságok képviselői. 1942-ben, a II. világháború alatt a szigetcsoport a Rocas-atollal és a Szent Péter és Pál-sziklákkal szövetségi területet alkotott, és a helyi börtönbe politikai és köztörvényes rabokat küldtek. 1988-ban a szigetcsoport területének megközelítőleg 70%-át tengeri természetvédelmi területté nyilvánították. 1988. október 5-én a szövetségi terület megszűnt, és a szigetek Pernambuco állam fennhatósága alá kerültek, kivéve a Rocas-atollt, amely Rio Grande do Norte államhoz került.

Napjainkban Fernando de Noronha gazdaságának húzóereje az idegenforgalom, az érzékeny ökoszisztéma miatt bizonyos korlátozásokkal. A szigetcsoport tudósok figyelmének tárgya, tanulmányozzák növényvilágát, állatvilágát, geológiáját stb.