Nazwę swą dolina zawdzięcza oddalonej o kilkanaście kilometrów wsi Chochołów. Wieś ta już w XVI wieku zajmowała obszar Tatr pomiędzy Wołowcem a Bobrowcem (bardziej użyteczne dla rolnictwa i pasterstwa obszary doliny już wcześniej zostały przydzielone nadaniami królewskimi innym wsiom starszym od Chochołowa). Dzięki występowaniu w dolinie dużej powierzchni polan i hal, stała się ona największym ośrodkiem pasterstwa w Tatrach. W 1930 r. 70 juhasów wypasało na niej ok. 4000 owiec, ponadto 280 pastuchów wypasało bydło. Ogromna też była liczba szałasów, bacówek i szop[1]. Często pomieszkiwali w nich zbójnicy, dopóki nie wytępiono ich w Tatrach – w roku 1809 stoczyli zwycięską potyczkę na polanie Huciska.

Dolina Chochołowska miała też swoją przeszłość górniczą. Już od XVI w. prowadzono na niej prace górnicze i hutnicze, które trwały aż do drugiej połowy XIX wieku. Głównie wydobywano rudy żelaza, które początkowo wytapiano na miejscu, później zwożono je tzw. Drogą pod Reglami do huty w Kuźnicach. Niektóre nazwy w obrębie doliny związane są właśnie z tymi pracami (np. Hala Stara Robota, polana Huciska)[1].

Na pięknie Doliny Chochołowskiej poznali się też turyści. Pierwsi pojawili się tutaj już w XIX wieku. Jeden z nich pisał: Kilka potężnych szczytów wznoszących swe dumne czoła w krainę obłoków, tak wydają się strome, że powątpiewamy, iżby wstąpić można było na ich wierzchołki. Jednak początkowo turystyka skupiała się głównie w okolicach Tatr bliższych z Zakopanego. Dopiero przed I wojną światową uzyskała dolina większą popularność, głównie dzięki narciarzom i taternikom skupionym w Zakopiańskim Oddziale Narciarzy i Towarzystwie Tatrzańskim, które zbudowało schronisko u ujścia Doliny Starorobociańskiej. W latach 1930–1932 Warszawski Klub Narciarski wybudował duże schronisko na Polanie Chochołowskiej. To wydatnie wpłynęło na rozwój turystyki w tej dolinie, szczególnie narciarstwa. W 1938 r. usiłowano tutaj pobić światowy rekord wysokości lotu balonem „Gwiazda Polski”, jednak wiatr to uniemożliwił, a powłoka już częściowo wypełniona wodorem wybuchła[1].

W czasie II wojny światowej istniejące w dolinie schroniska i liczne szałasy stanowiły bazę dla partyzantów polskich i radzieckich. Latem 1939 r. szkoleni tu byli przez sztab generalny przyszli dywersanci. W roku 1942 szkolenie odbywało się pod dowództwem placówki AK „Smrek” z zachodniego Podhala. W czasie walk z partyzantami na początku stycznia 1945 roku Niemcy spalili okoliczne schroniska, liczne szałasy i szopy. Dolina Chochołowska była też miejscem, w którym hitlerowcy rozstrzeliwali zakładników i więźniów. Okoliczne lasy były rabunkowo wycinane na potrzeby dużego zakładu drzewnego Luftwaffe w Czarnym Dunajcu[1].