Wiele sporów budzi kwestia odkrycia archipelagu. Jeszcze pod pierwotną nazwą, Ilha da Quaresma ("Wyspy Postne"), były widziane przez europejskie ekspedycje w latach 1501, 1502 i 1503. Wicehrabia Santarém jednakże przypisywał ich odkrycie Gasparowi de Lemos, kapitanowi statku zaopatrzeniowego floty Pedro Álvares Cabrala, wysłanego z powrotem do Portugalii z wieściami o nowych odkryciach w Brazylii. Współcześni historycy jednak przyznają pierwszeństwo odkrycia wysp ekspedycjom z lat 1501-1502, pod wodzą Gonçalvo Coelho sponsorowanym przez Fernão de Noronha.

Pierwszego dokładnego opisu wysp dokonał Amerigo Vespucci, przybyły z portugalską ekspedycją do Brazylii w 1503 r. W 1534 r. archipelag Fernando de Noronha został podbity przez Anglię, a w okresie 1556 do 1612 r. był w posiadaniu Francuzów. W 1628 r. był okupowany przez Holandię, czemu kres położyła dwa lata później hiszpańsko - portugalska ekspedycja wojskowa pod wodzą Rui Calaza Borgesa. Holendrzy przejęli wyspy raz jeszcze w 1635 r., urządzając na nich szpital dla wojsk okupujących północno-wschodnią Brazylię (wybrzeże między Rio Sao Francisco a Maranhão). Wyspy zaczęły być znane jako Pavonia, na cześć Michiela de Pauw, jednego z dyrektorów Holenderskiej Kompanii Wschodnioindyjskiej. Miało to przypominać niemal dwudziestoletnie panowanie Holendrów, po którym Portugalia odbiła archipelag.

W 1736 r. Francuska Kompania Wschodnioindyjska, zastając wyspy niezamieszkane i opuszczone, zagarnęła je i przemianowała na Wyspy Dauphine'a.

Dopiero począwszy od 1737 r., po przegnaniu Francuzów, Fernando de Noronha ostatecznie przeszły pod władzę Portugalczyków. Tym razem zdecydowali się oni na ich fortyfikację. Forty zostały wzniesione w każdym punkcie gdzie mógł nastąpić potencjalny atak, 9 na głównej wyspie i jeden na Ilha de São José, położony na wprost portu Saint Anthony. Forty połączono siecią brukowanych dróg. Ten system obronny zaprojektował portugalski inżynier wojskowy Diogo da Sylveira Vellozo. Około 1770 r. założono pierwsze stałe osiedle, Vila dos Remédios. Wieś została podzielona na dwie części (pátios); w wyżej położonej mieściły się budynki administracji, w dolnej zaś kościół i inne budynki wzniesione dla celów religijnych.

Uzyskanie niepodległości przez Brazylię nie przyniosło większych zmian dla wysp.

W początkach XX w. pojawili się Anglicy, celem technicznej kooperacji w budowie sieci telegraficznej (The South American Company). Później w tym samym celu Francuzi z French Cable i Włosi z Intalcable. W 1942, gdy trwała II wojna światowa, archipelag uczyniono Terytorium Federalnym, do którego przyłączono też atol Rocas oraz wysepki, a właściwie skały Świętego Piotra i Pawła. W miejscowym więzieniu przetrzymywano brazylijskich więźniów zarówno politycznych, jak i kryminalnych.

W 1988 ok. 70% powierzchni archipelagu ogłoszono morskim parkiem narodowym, celem ochrony zarówno lądowego, jak i morskiego środowiska przyrodniczego. 5 października 1988 zlikwidowano Terytorium Federalne, przyłączając je do stanu Pernambuco, z wyjątkiem atolu Rocas, który przyłączono do stanu Rio Grande do Norte.

Obecnie gospodarka Fernando de Noronha jest uzależniona od turystyki, poddawanej jednak ograniczeniom, celem zachowania delikatnej równowagi ekosystemu. Wyspy te są także przedmiotem sporego zainteresowania naukowców różnych dziedzin, z uwagi na ich opisane wyżej wyjątkowe cechy i walory. Przyciągają badaczy fauny, flory, geologów i specjalistów innych nauk.

W 2001 r. UNESCO wpisało Fernando de Noronha, wraz z wyspami Rocas, na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO.