L’île a été découverte par Christophe Colomb, qui l’a baptisée ainsi en l’honneur de son frère Bartolomé, lors de son deuxième voyage en 1493. Il la revendiqua alors pour l’Espagne. À l’origine, le nom caribéen de l’île était Ouanalao.

En 1648 eut lieu la première occupation par les Français, sur décision du commandeur Lonvilliers de Poincy. De 1651 à 1656, l’île est gouvernée par les chevaliers de Malte. Elle fut ensuite abandonnée jusqu’en 1659, date à laquelle elle redevient colonie française. Dotée d’un sol pauvre et d’un climat très sec, elle n’offre aucun potentiel économique, mais demeure cependant un enjeu stratégique dans le nord des Petites Antilles notamment de par son port naturellement protégé du Carénage. Les habitants y développent surtout la pêche, l’élevage de chèvres, la récolte de sel, la culture du coton et de l’indigo.

En 1784, l’île est cédée par Louis XVI au roi Gustave III de Suède contre un droit d’entrepôt à Göteborg. Les Suédois font de Saint-Barthélemy un port franc en 1785. En hommage au roi de Suède, le principal bourg de l’île (Le Carénage) est renommé Gustavia vers 1787. Une ordonnance de « Police générale » suédoise légifère l’esclavage à Saint-Barthélemy à partir de 1787 en lieu et place du Code Noir français ; l’esclavage y fut définitivement aboli le 9 octobre 1847.

L’île est rétrocédée à la France officiellement le 16 mars 1878 et rattachée alors à la Guadeloupe dont elle devient une commune en 1946.

En 1957, David Rockefeller y achète une propriété. Le milliardaire est imité, et depuis les années 1960 l’île s’est transformée en une destination touristique de luxe, renforcée par l’interdiction de construire des immeubles de grande hauteur et l’absence d’un tourisme de masse.

De 1962 à 2007, les communes de Saint-Martin et de Saint-Barthélemy ont constitué le 3^e arrondissement de la Guadeloupe (« les îles du Nord »), étant administrées par un sous-préfet ayant sa résidence principale à Saint-Martin. Le 7 décembre 2003, les électeurs de Saint-Barthélemy ont approuvé par consultation populaire, avec une participation de 78,71 % et 95,51 % des suffrages exprimés, un projet institutionnel faisant de leur île une collectivité territoriale à assemblée unique détachée du DOM-ROM de la Guadeloupe. Les premières élections territoriales de Saint-Barthélemy sont convoquées en juillet 2007 et l’île devient, le 15 juillet 2007, officiellement collectivité d’outre-mer : la commune de Saint-Barthélemy est dissoute, de même que l’arrondissement départemental et le canton.