De eilanden van de archipel zouden al bekend zijn voordat de Portugezen er in de vijftiende eeuw aankwamen, aangezien ernaar wordt verwezen in oudere geschriften. Daarnaast worden de eilanden weergegeven op landkaarten. In een Spaans staatkundig boek genaamd Libro del Conoscimiento, geschreven in ongeveer 1385, hebben de eilanden de namen "Leiname", "Diserta" en "Puerto Santo". Een ander opmerkelijk gegeven in die richting is dat de Portugezen op Madeira geiten aantroffen, die waarschijnlijk daar waren achtergelaten door eerdere bezoekers aan de eilanden.

In 1418 werd het eiland Porto Santo herontdekt door João Gonçalves Zarco en Tristão Vaz Teixeira. Het jaar daarop kwamen deze zeevaarders, samen met Bartolomeu Perestrelo, aan op Madeira.

Aangezien de eilanden van strategisch belang waren voor de handel op zee, en vanwege de rijkdom aan grondstoffen, werd er vanaf ongeveer 1425 begonnen met de kolonisatie onder koning Johan I. De eerste inwoners van de archipel waren enkele leden van adellijke families, daarna volgden meer mensen. Al vroeg werd er begonnen met het verbouwen van tarwe. De productie bleek niet winstgevend genoeg en daarom besloot Hendrik de Zeevaarder suikerriet te gaan verbouwen. Suikerriet was zeldzaam in Europa en het werd daarom als specerij beschouwd. De productie van suikerriet trok Joodse, Geneefse en Portugese handelaars aan en gaf een boost aan de economie van de archipel. Vanwege de toename in de productie werden er slaven gehaald vanuit de Canarische Eilanden, Marokko, Mauritanië en, later, andere delen van Afrika.

Vanaf de zeventiende eeuw maakte de productie van suiker plaats voor de productie van wijn, aangezien suiker massaal werd verbouwd in Brazilië en São Tomé en Príncipe, andere kolonies van Portugal.

De kolonisatie van Madeira stond model voor de kolonisatie van Brazilië, dat een kleine eeuw later werd ontdekt. Daarnaast speelden de Madeirezen een belangrijke rol tijdens de opstand tegen de Nederlanders in Pernambuco.

Gedurende de vijftiende eeuw kreeg Madeira een belangrijke rol in de ontdekkingsreizen van Portugal. Daarnaast was de haven van Funchal via vele handelsroutes verbonden met heel Europa. Christoffel Columbus plande op Madeira zijn beroemde reis naar Amerika.

In de zeventiende en achttiende eeuw ondervond de bevolking van de archipel een ernstige economische crisis, die ertoe leidde dat veel bewoners de archipel verlieten.