Deși nu există prea multe dovezi arheologice, oamenii au trăit în zonele situate de-a lungul golfului Hilo și a râurilor Wailuku și Wailoa înainte de contactul cu lumea occidentală. Aceștia erau cunoscuți sub numele de Hilo. Ei au dominat vârfurile înalte ale munților până la mijlocul anilor 1800. Hilo înseamnă vârf înalt de munte în limba originală a popoarelor indigene care trăiau pe vârfurile munților. Regele Kamehameha, primul rege din Hawaii, a cucerit toate insulele și apoi a mutat așezarea montană Hilo pe țărm după sosirea străinilor.
Inițial, numele Hilo se referea la întregul district Hilo, împărțit în prezent în districtul Hilo Sud și districtul Hilo Nord. Când William Ellis a vizitat-o în 1823, principala așezare din districtul Hilo era Waiākea, în Golful Hilo. Misionarii au venit în district la începutul și până la mijlocul anilor 1800, fondând mai multe biserici, în special Biserica Haili, în zona Hilo modern.
Hilo s-a extins pe măsură ce plantațiile de zahăr din zona înconjurătoare au creat noi locuri de muncă și au atras mulți muncitori din Asia, transformând orașul într-un centru comercial.
În anii 1900 a fost început un dig peste Golful Hilo, care a fost finalizat în 1929. La 1 aprilie 1946, un cutremur cu magnitudinea de 7,8 grade în apropiere de Insulele Aleutine a creat un tsunami de 14 metri înălțime care a lovit Hilo 4,9 ore mai târziu, ucigând 160 de persoane. Ca răspuns, în 1949 a fost înființat un sistem de avertizare timpurie, Centrul de avertizare pentru tsunami din Pacific, pentru a urmări aceste valuri ucigașe și a oferi avertismente. Acest tsunami a însemnat, de asemenea, sfârșitul Căii Ferate Consolidate din Hawaii, iar în locul acesteia a fost construită șoseaua de centură din Hawaii, la nord de Hilo, folosind o parte din calea ferată.
La 23 mai 1960, un alt tsunami, provocat de un cutremur cu magnitudinea 9,5 în largul coastelor chiliene în ziua precedentă, a făcut 61 de victime, se presupune că din cauza faptului că oamenii nu au ascultat sirenele de avertizare. Zonele joase de pe malul golfului orașului de pe peninsula Waiākea și de-a lungul golfului Hilo, anterior populate, au fost rededicate ca parcuri și monumente comemorative.
