Một bản đồ Nhật Bản năm 1912 với Đài Loan, một phần của đế quốc Nhật Bản từ năm 1895 đến 1945.

Nhật Bản đã tìm cách tuyên bố chủ quyền với Đài Loan (được người Nhật biết đến với cái tên Takasago Koku, 高砂国, Cao Xa Quốc) từ năm 1592, khi Toyotomi Hideyoshi tiến hành một chính sách bành trướng ra hải ngoại và mở rộng ảnh hưởng của Nhật Bản về phía nam,[33] và phía tây, người Nhật đã nỗ lực để xâm lược Đài Loan song đã không thành công, nguyên nhân chủ yếu là do bệnh tật và bị thổ dân trên đảo tấn công. Năm 1609, Mạc phủ Tokugawa cử Harunobu Arima đi thăm dò hòn đảo.[34] Nỗ lực xâm lược do Murayama Toan dẫn đầu vào năm 1616 đã thất bại, lần này thì nguyên nhân là do một cơn bão nhiệt đới đã đẩy các tàu chiến tản mác và chỉ có một chiếc là có thể tiếp cận được hòn đảo song đã bị đẩy lui.[35]

Trong sự kiện Mẫu Đơn năm 1871, một chiến tàu của Lưu Cầu đã bị đắm ở mũi phía nam của Đài Loan và 54 thành viên thủy thủ đoàn đã bị thổ dân Paiwan chém đầu. Sau khi chính quyền nhà Thanh từ chối bồi thường và nói rằng những thổ dân này không nằm dưới quyền kiểm soát của họ, Nhật Bản đã mở một cuộc viễn chinh trừng phạt tại khu vực vào năm 1874, và rút quân sau khi nhà Thanh hứa hẹn sẽ trả tiền bồi thường.[36][37][38][39]

Phải đến khi hải quân nhà Thanh thất bại trong chiến tranh Thanh-Nhật vào năm 1894–95 thì Đài Loan mới được cắt nhượng cho Nhật Bản. Hiệp ước Shimonoseki ký ngày 17 tháng 4 năm 1895, đã nhượng Đài Loan và Bành Hồ cho Nhật Bản, thế lực này cai quản Đài Loan trong 50 năm cho đến khi thất bại trong Chiến tranh thế giới thứ hai.

Những binh lính Nhật trong cuộc viễn chinh Đài Loan năm 1874

Sau khi có được chủ quyền tại Đài Loan, người Nhật lo sợ về sự kháng cự đến từ cả người Hán và thổ dân, những người này đã thiết lập nên Đài Loan Dân chủ. Tầng lớp ưu tú của Đài Loan hy vọng rằng bằng cách tuyên bố họ là một nước cộng hòa thì thế giới sẽ không cho phép một nước có chủ quyền bị người Nhật xâm lược, bằng cách ấy liên minh với nhà Thanh. Kế hoạch nhanh chóng rơi vào hỗn loạn khi lục doanh và quân Việt tộc đi cướp bóc. Phải lựa chọn giữa việc chịu cảnh hỗn loạn dưới tay người Hán hay khuất phục người Nhật, tầng lớp trên tại Đài Bắc đã cử Cô Hiển Vinh (辜顯榮) đến Cơ Long để mời quân Nhật tiến đến Đài Bắc và lập lại trật tự.[40]

Bản đồ hòn đảo Đài Loan vào năm 1901, với đường màu đỏ đánh dấu tương đối phạm vi kiểm soát của Nhật Bản

Các cuộc kháng chiến vũ trang diễn ra một cách rời rạc, song cũng có những lúc trở nên khốc liệt, tuy nhiên phần lớn chúng đã bị đè bẹp vào năm 1902, mặc dù các cuộc nổi dậy với quy mô tương đối nhỏ vẫn xảy ra trong những năm tiếp theo, bao gồm sự kiện Ta-pa-ni (hay sự kiện Tây Lai am) năm 1915 tại Đài Nam.[41] Phương thức kháng cự không bạo lực đã thay thế nổi dậy vũ trang và đáng chú ý nhất Hiệp hội Văn hóa Đài Loan (台灣文化協會), thành lập năm 1921. Một số cuộc kháng cự được kích thích bởi những người dân tộc chủ nghĩa Trung Hoa, trong khi có những cuộc khởi nghĩa khác đòi hỏi quyền tự quyết cho Đài Loan.[32] Các cuộc nổi loạn thường xảy ra do tác động của các chính sách bất bình đẳng tại thuộc địa đối với tầng lớp ưu tú tại địa phương và với đức tin của người Hán tại Đài Loan và những người thổ dân ở vùng đồng bằng. Thổ dân Đài Loan đã kháng cự các chính sách thâm nhập văn hóa và bình định mạnh tay của Nhật Bản cho đến tận đầu thập niên 1930.[41] Cuộc khởi nghĩa lớn cuối cùng của thổ dân, nổi dậy Musha (nổi dậy Vụ Xã) đã nổ ra vào cuối năm 1930 khi người Atayal giận dữ trước cách đối xử với họ trong lao động với các công việc nặng nề để khai thác long não, họ đã lập ra một băng đảng săn đầu người cuối cùng trên đảo, nhóm này đã sát hại và chặt đầu trên 150 quan chức người Nhật trong lễ khánh thành một trường học. Cuộc nổi dậy do Mona Rudao lãnh đạo, đã bị đè bẹp bởi từ 2.000-3.000 lính Nhật với sự giúp đỡ về khí độc từ các thổ dân đồng minh của họ.[42]

Thời kỳ thực dân của Nhật Bản tại Đài Loan có thể phân thành ba giai đoạn. Bắt đầu với một thời kỳ đàn áp và độc đoán, sau đó là một thời kỳ đồng hóa (同化, dōka) và cuối cùng, trong Chiến tranh thế giới thứ II là thời kỳ hoàng dân hóa (皇民化, kōminka), với một chính sách nhằm biến người Đài Loan thành các thần dân trung thành với Thiên hoàng Nhật Bản.

Dân chúng Đài Loan có phản ứng khác nhau trước sự cai trị của Nhật Bản. Một số người cảm thấy rằng an toàn của cuộc sống cá nhân và tài sản là vô cùng quan trọng và đã đi theo chính quyền thực dân Nhật Bản. Nhóm người Đài Loan thứ hai thì mong muốn được trở thành thần dân của đế quốc, họ tin tưởng rằng điều này sẽ khiến cho người Đài Loan có vị thế bình đẳng với những người Nhật. Nhóm thứ ba chịu ảnh hưởng của tư tưởng Đài Loan độc lập và cố gắng loại bỏ thực dân Nhật Bản nhằm thiết lập nên một chính quyền của người Đài Loan. Nhóm thứ tư chịu ảnh hưởng của chủ nghĩa dân tộc Trung Quốc và đấu tranh để Đài Loan trở lại dưới quyền cai trị của Trung Quốc. Từ năm 1897 trở đi, nhóm thứ tư đã tổ chức nhiều cuộc nổi dậy, và nổi bật nhất trong đó là cuộc nổi dậy do La Phúc Tinh (羅福星) lãnh đạo, tuy nhiên ông đã bị bắt và bị xử tử cùng với 200 chiến hữu của mình vào năm 1913. Bản thân La Phúc Tinh là một thành viên của Đồng Minh hội, một tổ chức do Tôn Trung Sơn thành lập và là tiền thân của Quốc Dân đảng.[43]

Ngân hàng Đài Loan có trụ sở tại Taihoku (Đài Bắc).

Các cơ sở hạ tầng ban đầu đã phát triển một cách nhanh chóng. Ngân hàng Đài Loan được thành lập vào năm 1899 để khuyến khích các công ty tư nhân Nhật Bản, bao gồm Mitsubishi và Mitsui, đến đầu tư tại Đài Loan. Năm 1900, Tổng đốc Đài Loan thứ ba đã thông qua ngân sách bắt đầu xây dựng hệ thống đường sắt của Đài Loan từ Kirun (Cơ Long) đến Takao (Cao Hùng). Năm 1905, hòn đảo có điện bằng thủy năng từ hồ Nhật Nguyệt, và trong những năm tiếp theo, Đài Loan được coi là khu vực phát triển thứ hai tại Đông Á (sau Nhật Bản). Năm 1905, Đài Loan đã có thể tự chủ về tài chính và chính quyền trung ương Nhật Bản không còn phải trợ cấp nữa.

Dưới sự cai trị của tổng đốc Shimpei Goto, nhiều dự án công trình công cộng lớn đã được hoàn thành. Hệ thống đường sắt Đài Loan kết nối miền Nam và miền Bắc, việc hiện đại hóa các cảng Kirun (Cơ Long) và Takao (Cao Hùng) đã được hoàn thành và tạo thuận lợi cho việc vận chuyển và chuyên chở các nguyên liệu thô và nông sản bằng tàu biển.[44] Xuất khẩu đã tăng gấp bốn lần. Hệ thống tưới tiêu với các đập nước bao phủ 55% diện tích đất nông nghiệp tại Đài Loan. Sản xuất lương thực gia tăng gấp bốn lần và việc sản xuất đường đã gia tăng gấp 15 lần từ năm 1895 đến 1925 và Đài Loan đã trở thành một vùng lương thực chính phục vụ cho nền kinh tế công nghiệp của Nhật Bản. Hệ thống chăm sóc sức khỏe được thiết lập rộng rãi và các bệnh truyền nhiễm đã gần như được loại bỏ hoàn toàn. Tuổi thọ trung bình của một cư dân Đài Loan tăng lên 60 vào năm 1945.[45]

Kagi Jinja (Gia Nghĩa thần xã), một trong nhiều đền thờ Thần đạo được xây dựng tại Đài Loan.

Vào tháng 10 năm 1935, tổng đốc Đài Loan đã tổ chức một Triển làm kỉ niệm 40 năm Nhật Bản bắt đầu quản lý Đài Loan, giới thiệu những thành tựu của quá trình hiện đại hóa Đài Loan dưới sự cai trị của Nhật Bản. Điều này thu hút sự chú ý trên toàn thế giới, trong đó chính quyền Trung Hoa Dân Quốc đã cử một người được giáo dục tại Nhật Bản là Trần Nghi đến tham dự sự kiện. Ông bày tỏ sự ngưỡng mộ của mình về khả năng của chính quyền Nhật Bản trong việc phát triển Đài Loan, và nhận xét rằng người Đài Loan thật may mắn vì đã được sống dưới quyền quản lý có hiệu quả như vậy. Trần Nghi về sau trở thành trưởng quan hành chính đầu tiên của Trung Hoa Dân Quốc tại Đài Loan.

Thời kỳ cai trị sau của Nhật Bản đã chứng kiến sự xuất hiện một tầng lớp ưu tú được giáo dục và có tổ chức của người bản địa. Trong thập niên 1930, một vài nhóm lãnh đạo nội địa được thành lập trong thời điểm ở những nơi khác trên thế giới, người ta đang tìm cách chấm dứt chủ nghĩa thực dân. Năm 1935, người Đài Loan đã bầu nhóm đầu tiên của họ làm thành viên của cơ quan lập pháp địa phương. Vào tháng 3 năm 1945, nhánh lập pháp của chính quyền Nhật Bản đã sửa đổi luật bầu cử để cho phép có đại diện của Đài Loan trong Quốc hội Nhật Bản.

Quân tình nguyện Takasago từng là một đơn vị quân đội Nhật Bản tuyển tân binh từ các bộ lạc thổ dân Đài Loan.

Khi Nhật Bản tiến hành chiến tranh trên quy mô toàn Trung Quốc vào năm 1937, họ đã mở rộng khả năng sản xuất các vật vật tư dùng cho chiến tranh của Đài Loan. Năm 1939, tại Đài Loan, sản xuất công nghiệp đã vượt qua sản xuất nông nghiệp. Đồng thời, kế hoạch "hoàng dân hóa" đã được tiến hành để thấm nhuần "tinh thần Nhật Bản" (Đại Hòa hồn) trong các cư dân Đài Loan, và đảm bảo rằng người Đài Loan sẽ vẫn là các thần dân trung thành với Thiên hoàng Nhật Bản và sẵn sàng hy sinh trong chiến tranh. Các biện pháp bao gồm giáo dục tiếng Nhật, lựa chọn tên gọi Nhật Bản, và theo tín ngưỡng Nhật Bản. Năm 1943, 94% trẻ em được hưởng 6 năm giáo dục bắt buộc. Từ năm 1937 đến 1945, 126.750 người Đài Loan đã tham gia và phục vụ trong quân đội Nhật Bản, trong khi 80.433 đã nhập ngũ từ năm 1942 đến 1945. Trong tổng số này, có 30.304 người hay 15%, đã thiệt mạng trong các cuộc chiến của Nhật Bản tại châu Á.

Hải quân Đế quốc Nhật Bản hoạt động rất nhiều tại Đài Loan. "Nam tiến luận" là dựa trên Đại học Đế quốc Đài Bắc (nay là Đại học Quốc lập Đài Loan) tại Đài Loan. Nhiều trong số các lực lượng Nhật Bản tham gia Không chiến Đài Loan đặt căn cứ tại Đài Loan. Các căn cứ quân sự quan trọng của Nhật Bản và các trung tâm công nghiệp trên khắp Đài Loan, như tại Takao (Cao Hùng), là mục tiêu của các vụ oanh tạc ác liệt của Hoa Kỳ.

Năm 1942, sau khi Hoa Kỳ tham chiến chống lại Nhật Bản và đứng về phía Trung Quốc, chính phủ Trung Quốc của Quốc Dân đảng đã từ chối thừa nhận tất cả các hiệp ước đã ký với Nhật Bản trước đây và biến việc Đài Loan trở về Trung Quốc (cũng như Mãn Châu) là một trong các mục tiêu chiến tranh. Trong Tuyên bố Cairo năm 1943, các lực lượng Đồng Minh đã tuyên bố sự trở về Trung Quốc của Đài Loan (bao gồm Bành Hồ) là một trong số các yêu cầu của Đồng Minh. Năm 1945, Nhật Bản đầu hàng vô điều kiện với việc ký vào văn kiện đầu hàng và chấm dứt quyền cai trị của mình tại Đài Loan và lãnh thổ này được đặt dưới quyền kiểm soát hành chính của chính quyền Trung Hoa Dân Quốc vào năm 1945 bởi Cơ quan Cứu tế và Phục hồi Liên Hiệp Quốc.[46] Theo quy định trong điều 2 của Hiệp ước San Francisco, Nhật Bản chính thức từ bỏ chủ quyền lãnh thổ đối với Đài Loan và quần đảo Bành Hồ, hiệp ước được ký kết vào năm 1951 và có hiệu lực vào năm 1952. Khi Hiệp ước Hòa bình San Francisco có hiệu lực, tình trạng chính trị của Đài Loan và quần đảo Bành Hồ vẫn chưa chắc chắn.[46] Trung Hoa Dân Quốc và Nhật Bản đã ký kết Hiệp ước Hòa bình Trung-Nhật vào ngày 28 tháng 4 năm 1952 tại Đài Bắc và hiệp ước có hiệu lực vào ngày 5 tháng 8 cùng năm.[47]