Em 20 de janeiro de 1502, Américo Vespúcio aportava na Ilha de São Sebastião, nome dado em alusão ao santo daquele dia. Seja para proteger o território ou explorar seus recursos naturais, os portugueses iniciaram a ocupação da ilha. Fortificações foram erguidas em posições defensivas, como nas entradas do canal e no local onde, mais tarde, surgiria o núcleo do povoamento, hoje área central da cidade. Esse primeiro povoado ganhou o nome de Capela de Nossa Senhora d’Ajuda e Bom Sucesso. O arquipélago de Ilhabela também recebeu mais duas denominações: Villa Bella da Princesa (1805 a 1940) e Formosa (1940 a 1944). O nome definitivo, Ilhabela, foi adotado em 1944.

Mapa do litoral paulista, mostrando as ilha de São Sebastião, dos Búzios e da Vitória. Ano: 1631. Autor: João Teixeira Albernaz. Acervo: Mapoteca de José Mindlin

O crescimento surgiu nos séculos XVII e XVIII, com o plantio de cana como atividade comercial para a produção de açúcar. A exportação deste produto acontecia através dos portos de Ubatuba e São Sebastião, este último construído na metade do século XVIII.  Este produto deu lugar, no século XIX, ao café, também voltado para a exportação. Essa cultura atingiu a cota 500 ou mais, quando, segundo informações, a ilha chegou a ter 225 fazendas de café. Com o declínio do mercado do café, voltou-se ao plantio da cana de açúcar, mas para a fabricação de aguardente.  

Mapa de 1764 mostrando Ilhabela. Pode-se observar os nomes

 das ilhas dos Búzios e da Vitória com os nomes invertidos

Paralelamente à agricultura comercial e, principalmente, após o declínio do café, desenvolveram-se comunidades caiçaras tradicionais, com sua policultura  complementada com a pesca.

Com a inauguração da travessia do ferry boat (balsa) em 1958, o turismo passou a ser uma opção em Ilhabela, sendo hoje a principal atividade econômica.