冰河时期的库页岛与大陆相连。岛上原有三个民族的住民，分别是南部的爱努族（阿伊努族）、中部的赫哲族及北部的尼夫赫族，主要靠打猎、捕鱼为生。

唐贞观十四年（640年），“流鬼”（库页岛的爱努族）向唐朝入贡。

10世纪，库页岛在金朝的管辖之下。

元朝至元元年（1264年），蒙古帝国派3000大军攻占库页岛，当地住民“骨嵬”向蒙古人朝贡。

元至元二十一年（1284年），“骨嵬”反元。

元元贞元年（1295年），日本的日持上人前往当地传教，建立日莲宗据点。

元元贞四年（1297年），以日本津轻地方为根据地的虾夷管领安东氏率领“骨嵬”向黑龙江流域侵攻。

元至大元年（1308年），“骨嵬”向元朝伏降，并每年纳贡。

明朝洪武元年（1368年），元朝灭亡，失去对库页岛的控制。

明永乐九年（1411年），明朝征服苦兀，并设立了羁縻卫所，隶属奴尔干都司。

明万历二十一年（1593年），丰臣秀吉派松前庆广占领虾夷地全域，包括库页岛。

明万历四十四年（1616年），根据魏源所著《圣武记》记载，此年后金曾派兵四百到岛上巡边，因无力威胁而撤回。

清世祖顺治元年（1644年），江户幕府的松前藩提出为全国国土绘制地图，是为《正保御国绘图》。本图首次把北海道及库页岛等原本由当地原住民居主的地方纳入日本领土。

清朝顺治三年（1646年），荷兰航海家德弗里斯发现了千岛群岛。

17世纪中叶，沙俄派哥萨克兵在黑龙江流域骚扰，包括库页岛。

清康熙十八年（1679年），来自松前藩穴阵屋的久春古丹在库页岛设立城镇大泊町。日本人开始在库页岛开拓渔场。

清康熙二十八年（1689年），清政府与沙皇俄国签定《中俄尼布楚条约》，当中规定外兴安岭以南为中国领土，中国方面的认知是将库页岛包括在内。

清康熙四十八年（1709年），康熙皇帝派遣三位耶稣会修士测量全国版图，耶稣会士得知有一大岛，翌年第二支由满人组成的测量队成功地横渡鞑靼海峡到达了库页岛。

沙皇俄国由于清政府在库页岛上没有正式驻军，派遣远征队（由士兵和囚犯组成）袭击库页岛北端，杀散赫哲族居民，修起营舍并开采煤矿。

清高宗乾隆五十四年（1789年），沙俄占领库页岛南部，把赫哲人逼回大陆，并在母子泊地方修起政厅、教堂、监狱、学校等建筑。

清乾隆五十五年（1790年），松前藩派遣松井干藩和新井隆助到岛上窥探，并在库页岛南端的白主设置市集。另一方面，日本派人与沙俄讨论瓜分该岛。

清朝嘉庆四年（1799年），库页岛南部与虾夷地成为了幕府的直辖地，从此库页岛完全失去独立自主的地位。

清仁宗嘉庆十二年（1807年），库页岛南部再度成为江户幕府的直辖地。沙俄海军士官于择捉岛及留多加发动袭击。

清嘉庆十三年（1808年），江户幕府相继派遣最上德内、松田传十郎、间宫林藏到库页岛。松田传十郎在桦太最西端（北纬52度）建立“大日本国国境”标柱。

清嘉庆十四年（1809年），间宫林藏发现桦太为一个岛，正式定名为“北虾夷”。

清嘉庆二十五年（1821年），桦太成为松前藩领地。

清道光二十年（1840年），鸦片战争之后，清朝走向衰落。沙俄强迫清政府签订了《瑷珲条约》后，又以调停中英法第二次鸦片战争为借口，强迫清政府签订《中俄北京条约》，将黑龙江以北、乌苏里江以东包括库页岛在内的共100多万平方千米的领土割让与沙俄。

1853年，沙俄在库页岛北端升俄国国旗，宣布占有该地。

1855年，俄日双方签署《日俄和亲通好条约》，规定得抚岛以南的南千岛群岛归日本所有。

1859年，沙俄东部总督姆拉维约夫率7艘军舰抵达日本品川，提出库页岛整体为俄国所有，江户幕府予以拒绝。

1867年，沙俄以强大的军事实力为背景，逼迫江户幕府签订了《桦太反规则》。首次正式确定为日俄两国共同管理地，但是两国居民杂居，纷争不断。

1875年5月7日，日本与沙俄签订《库页岛千岛群岛交换条约》，沙俄把千岛列岛北部给予日本，换取日本不再宣示对库页岛的权利。日本宣布完全放弃本岛的领有权，全岛归由沙俄管治。

1905年，日俄战争，日本军全面占领库页岛。

1905年9月5日，根据日俄战争后的《朴茨茅斯和约》，俄国需割让库页岛北纬50度以南的领土与日本。日本在割让地设立桦太民政署。

1907年3月15日，桦太民政署升格成为桦太厅。

1909年，沙俄在库页岛北部建州，首府为亚历山德罗夫斯克。

1918年，日本趁俄国十月革命发生时，再次向西伯利亚出兵，并占领本岛北部，直到1925年撤兵。

1929年，在日本拓务省指示下，库页岛编入“桦太厅”。

1942年11月1日，日本拓务省与其他省厅因为一元化计划而合并成为大东亚省。桦太厅改为隶属于内务省之下。

1945年8月8日，苏联发动八月风暴军事行动，进攻库页岛，并于8月28日全面控制该岛。

1946年2月2日，苏联发表宣言，声明他们占有库页岛全岛及千岛群岛。 在库页岛南部和千岛群岛建立南萨哈林州。

1947年1月2日，苏联将库页岛北部与南萨哈林州合并为萨哈林州，并改由联邦直接管辖。

1951年9月8日，日本发表宣言，宣布全面放弃库页岛的领有权。自此日本在库页岛上的开拓史结束。俄罗斯正式控制库页岛全境。

1956年10月19日，在莫斯科的苏联和日本签署的宣言。第九条宣言包括续和平条约的谈判，包括苏联和日本之间的转让给苏联的协议签订本合同后的日本岛、齿舞群岛色丹。