Các nhóm đảo hình thành nên Polynésie thuộc Pháp chưa được chính thức thống nhất cho đến khi thành lập vùng bảo hộ thuộc Pháp vào năm 1889. Người Polynésie bản địa là những người định cư đầu tiên trên các hòn đảo này, tại quần đảo Marquises vào năm 300 SCN và tại quần đảo Société vào năm 800 SCN. Những người Polynésie được tổ chức thành các cộng đồng lỏng lẻo có tù trưởng lãnh đạo.[4]

Người châu Âu bắt đầu tiếp xúc với các nhóm đảo vào năm 1521 khi nhà thám hiểm người Bồ Đào Nha Ferdinand Magellan đã nhìn thấy đảo Pukapuka tại quần đảo Tuāmotu-Gambier. Một người Hà Lan tên là Jakob Roggeveen đã đi qua đảo Bora Bora thuộc quần đảo Société vào năm 1722, và nhà thám hiểm người Anh Samuel Wallis đã viếng thăm Tahiti vào năm 1767. Nhà thám hiểm người Pháp Louis Antoine de Bougainville đã viếng thăm Tahiti vào năm 1768, và nhà thám hiểm người Anh James Cook thăm đảo vào năm 1769. Các đoàn truyền giáo Ki-tô cùng với các linh mục người Tây Ban Nha đã ở tại Tahiti trong một năm từ 1774; những người Tin Lãnh từ Hội Truyền giáo Luân Đôn đã định cư lâu dài tại Polynésie vào năm 1797.[4][5]

Vua Pōmare II của Tahiti đã buộc phải chạy trốn đến Mo'orea vào năm 1803; ông và các thần dân của mình đã cải đạo sang Tin Lành vào năm 1812. Những người truyền đạo Công giáo Pháp đã đến Tahiti vào năm 1834; việc trục xuất họ vào năm 1836 đã khiến Pháp cử một tàu chiến đến vào năm 1838. Năm 1842, Tahiti và Tahuata được tuyên bố là một vùng bảo hộ của Pháp, nhằm để cho phép những nhà truyền giáo Công giáo làm việc mà không bị ảnh hưởng. Thủ phủ Papeetē được thành lập vào năm 1843. Năm 1880, người Pháp sáp nhập Tahiti, đổi vị thế của đảo từ vùng bảo hộ thành thuộc địa.[6]

Vào thập niên 1880, Pháp tuyên bố chủ quyền với quần đảo Tuamotu, nơi này trước đây thuộc về Vương triều Pomare. Sau khi tuyên bố bảo hộ đối với Tahuata vào năm 1842, người Pháp coi toàn bộ quần đảo Marquises là của mình. Năm 1885, Pháp đã bổ nhiệm một thống sứ và một đại hội đồng, do đó đã thiết lập một cơ cấu chính quyền của một thuộc địa. Các đảo Rimatara và Rūrutu đã vận động không thành công để nằm dưới quyền bảo hộ của Anh vào năm 1888, do đó đến năm 1889 hai đảo đã bị Pháp sáp nhập. Tem bưu chính lần đầu tiên được phát hành ở thuộc địa vào năm 1892. Tên gọi chính thức đầu tiên của thuộc địa là Établissements de l'Océanie (Các thuộc địa tại châu Đại Dương); năm 1903 đại hội đồng đã chuyển thành một hội đồng cố vấn và tên của thuộc địa được đổi thành Établissements Français de l'Océanie (Các thuộc địa của Pháp tại châu Đại Dương).[7]

Năm 1940, chính quyền Polynésie thuộc Pháp đã công nhận Lực lượng Pháp tự do và nhiều người Polynésie đã phục vụ cho Lực lượng này trong Chiến tranh thế giới thứ 2. Không có thời gian cho người Pháp và người Polynésie, nội các Konoe Fumimaro của Đế quốc Nhật Bản vào ngày 16 tháng 9 năm 1940 đã tính cả Polynésie thuộc Pháp trong số các lãnh tổ sẽ trở thành vùng đất sở hữu của Nhật Bản thời hậu chiến[8] – mặc dù vậy, trên mặt trận Thái Bình Dương, Nhật Bản đã không thể khởi động một cuộc xâm lược trên thực tế vào các đảo của Pháp.

Năm 1946, người Polynésie đã được cấp quyền công dân Pháp và vị thế các hòn đảo được chuyển thành một cộng đồng hải ngoại; năm 1957, tên của lãnh thổ được đổi thành Polynésie Française (Polynésie thuộc Pháp). Năm 1962, bãi đất tiến hành thử hạt nhân trên mặt đất đầu tiên của Pháp đã không còn sử dụng được do Algeria độc lập và rạn san hô vòng Maruroa tại quần đảo Tuamotu đã được lựa chọn làm địa điểm tiến hành các vụ thử nghiệm mới; các vụ thử nghiệm đã được tiến hành dưới lòng đất sau năm 1974.[9] Năm 1977, Polynésie thuộc Pháp đã được trao quyền tự trị nội địa một phần; năm 1984, quyền tự trị đã được mở rộng. Polynésie thuộc Pháp trở thành một cộng đồng hải ngoại đầy đủ trong lòng nước Pháp vào năm 2004.[5][10]

Tháng 12 năm 1995, Pháp đã khuấy động các cuộc biểu tình rộng khắp khi nối lại việc thử nghiệm hạt nhân ở rạn san hô vòng Fangataufa sau một lệnh tạm ngừng ba năm. Vụ thử nghiệm cuối cùng được tiến hành vào ngày 27 tháng 1 năm 1996. Ngày 29 tháng 1 năm 1996, Pháp tuyên bố rằng họ sẽ tham gia Hiệp ước cấm thử hạt nhân toàn diện, và không còn thử nghiệm vũ khí hạt nhân.[11]