Palmyra được tìm thấy đầu tiên vào năm 1798 bởi thuyền trưởng Mỹ Edmund Fanning của Stonington, Connecticut trong khi tàu Betsy của ông đang trên đường sang Á châu. Mãi đến ngày 7 tháng 11 năm 1802 mới có người tây phương đầu tiên đổ bộ lên đảo không người này, đó là Thuyền trưởng Sawle của tàu Hoa Kỳ Palmyra bị đắm tại đảo.

Năm 1859, Palmyra được tuyên bố chủ quyền bởi Tiến sĩ Gerrit P. Judd của tàu Josephine cho Công ty Phân chim Mỹ và cho Hoa Kỳ theo Đạo luật Đảo Phân chim năm 1856 nhưng công ty chưa từng khai thác phân chim tại đây vì không có phân để khai thác. Palmyra có nhiều mưa nên phân chim không tích tụ lại được. Trong lúc đó, ngày 26 tháng 2 năm 1862, Kamehameha IV, quốc vương thứ tư của Hawaii, ra chỉ thị cho Thuyền trưởng Zenas Bent và Johnson B. Wilkinson, cả hai là công dân Hawaii, đi tàu lên Palmyra và nhân danh quốc vương chiếm đảo. Ngày 15 tháng 4 năm 1862 đảo chính thức bị sáp nhập vào Vương quốc Hawaii.

Thuyền trưởng Bent bán quyền làm chủ Palmyra cho Wilkinson ngày 24 tháng 12 năm 1862 và từ năm 1862 đến 1885, Kalama Wilkinson làm chủ đảo và sau đó chia quyền thừa kế làm ba phần vào năm 1885.

Năm 1898 Đảo Palmyra bị Hoa Kỳ thôn tính vì Hoa Kỳ đã sáp nhập cả Quần đảo Hawaii vào lãnh thổ mình trước đó và Palmyra trở thành một phần trong Lãnh thổ Hawaii (tên gọi chính thức trước khi thành tiểu bang) ngày 15 tháng 4 năm 1900. Trước khi Hoa Kỳ chính thức thôn tính đảo, Anh đã biểu lộ ý muốn giành đảo này làm một phần cho "Đế quốc Phân chim" của John T. Arundel & Company; và vào năm 1889 người Anh thậm chí đã chính thức thôn tính đảo. Để chấm dứt nỗ lực sắp tới của Anh hoặc những tranh chấp, một đạo luật thứ hai riêng lẻ về việc thôn tính Palmyra của Hoa Kỳ được cho ra đời năm 1911.

Ngày 21 tháng 2 năm 1912 Chính phủ Hoa Kỳ chính thức tuyên bố chủ quyền trên đảo, lúc đó vẫn còn là một phần của lãnh thổ Hawaii.

Năm 1934, Đảo Johnston, Rạn san hô Kingman và Palmyra được đặt dưới quyền của Hải quân Hoa Kỳ. Khi Hải quân Hoa Kỳ dùng đảo làm trạm không quân của hải quân vào ngày 15 tháng 8 năm 1941, rạn vòng này là thuộc sở hữu riêng của công dân Hoa Kỳ và bao gồm người Hawaii. Đảo thường trực chỉ có các đại diện chính phủ của đảo gọi là Chỉ huy đảo từ tháng 11 năm 1939 đến 1947.

Khi Hawaii trở thành tiểu bang năm 1959, Palmyra, trước đó chính thức là một phần của thành phố và quận Honolulu, bị tách rời khỏi tiểu bang mới thành một lãnh thổ chưa hợp nhất của Hoa Kỳ được Bộ Nội vụ Hoa Kỳ quản lý.

Năm 1962, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ sử dụng đảo như một nơi cất dụng cụ nghiên cứu trong khi thử nghiệm vũ khí nguyên tử cao độ trên Đảo Johnston. Có một đội ngũ chuyên viên khoảng mười người cắm trại trên đảo và ở đó suốt thời kỳ này. Nhưng cũng có trung bình khoảng 40 người ở đó để chạy các thiết bị và phục đội ngũ chuyên viên. Những người này đại diện nhiều đại học và phòng thí nghiệm trên toàn thế giới.

Tháng 7 năm 1990, Peter Savio của Honolulu thuê mướn đảo cho đến 2065 và thành lập Công ty Phát triển Palmyra. Tháng 1 năm 2000, Hội Bảo tồn Thiên nhiên mua đảo cho mục đích nghiên cứu và bảo tồn đá ngầm san hô.

Năm 2005, một nhóm khoa học gia trên thế giới gia nhập vào Hội Bảo tồn Thiên nhiên xây một trạm nghiên cứu mới trên đảo để nghiên cứu sự nóng lên của Trái Đất, sự biến mất các dãy đá san hô, các sinh vật và những đe dọa môi trường địa cầu.

Hiện nay, một cuộc nghiên cứu đã được xuất bản nói về san hô hóa thạch trôi dạt vào bờ biển Đảo Palmyra. San hô hóa thạch được nghiên cứu để tím bằng chứng ảnh hưởng của hiện tượng El Niño trên vùng nhiệt đới Thái Bình Dương trong 1.000 năm qua[2].