Guyane thuộc Pháp thuở trước chỉ có thổ dân châu Mỹ sinh sống. Sau khi người Pháp đặt chân đến đây vào thế kỷ XVII thì Guyane được dùng làm nơi lưu đày tội nhân. Chính quyền Pháp xây một hệ thống nhà ngục từ năm 1852 đến năm 1951 ở Guyane để thỏa mãn hai nhu cầu, vừa là một cách biệt giam phạm nhân, vừa là cách đưa dân sang khai phá đất hoang. Con tàu Martinière là tàu chở tù nhân hoạt động đầu thế kỷ 20, đã đưa nhiều phạm nhân trong đó có các chính trị phạm từ Việt Nam đến Guyane [7][8].

Cuộc tranh chấp chủ quyền với Brasil vào cuối thế kỷ XIX tạo cơ sở cho một quốc gia mới ra đời ở vùng biên giới chưa phân định. Với thủ đô là Counani, cư dân vùng đó tự xưng là "Cộng hòa Guyane Độc lập" (tiếng Pháp: La République de la Guyane indépendante) và ủng hộ lập trường thân Pháp, chống lại Brasil. Counani tồn tại từ năm 1886 đến 1891 thì bị Brasil sáp nhập sau khi chính phủ Thụy Sĩ đứng làm trung gian hòa giải và phán quyết rằng vùng tranh chấp thuộc chủ quyền Brasil.

Năm 1946, Guyane thuộc Pháp trở thành một tỉnh hải ngoại của Pháp.

Thập niên 1970 chứng kiến hàng ngàn dân tỵ nạn H'Mông từ Lào sang định cư. Năm 1986, 800 người Thượng thuộc sắc tộc Stieng trốn khỏi Việt Nam cũng được chính phủ Pháp nhận cho định cư ở Guyane thuộc Pháp.[9]

Năm 1964, Tổng thống Pháp Charles de Gaulle đã quyết định xây dựng một căn cứ du hành vũ trụ tại Guyane thuộc Pháp. Căn cứ này được dự định sẽ thay thế căn cứ Sahara tại Algeria và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế ở Guyane thuộc Pháp. Tỉnh này được đánh giá là địa điểm đặc biệt thích hợp vì nằm gần đường xích đạo và có thể tiếp cận một khu vực đại dương rộng lớn để dùng làm vùng đệm. Trung tâm vũ trụ Guyane, nằm ven bờ biển gần Kourou, đã phát triển đáng kể từ sau những lần phóng tên lửa "Véronique" ban đầu. Trung tâm này nay là một phần của ngành công nghiệp không gian châu Âu và đã có các thành công mang tính thương mại như khi phóng Ariane 4 và Ariane 5.

Phong trào đòi tự trị cho Guyane thuộc Pháp dấy lên vào thập niên 1970 và 1980 nhưng sau nguôi dần.