Le premier campement humain sur l’île de la Petite Diomède semble remonter à plus de 3 000 ans. Il servait de camp de chasse au printemps. Par la suite des populations esquimaux résidèrent sur les îles, chassant et commerçant des deux côtés du détroit.
Le premier Européen à atteindre les îles fut l’explorateur russe Simon Dejnev en 1648. Le navigateur Vitus Bering, Danois au service de la Russie les redécouvrit le 16 août 1728, jour de la saint Diomède, un martyr de l’église orthodoxe. Mais leur véritable exploration et leur cartographie ne fut faites qu’en 1832 par le géodésiste russe Mikhaïl Gvozdev.
Le texte du traité de 1867 finalisant la vente de l’Alaska par la Russie impériale aux États-Unis utilisa les îles pour établir la frontière entre les deux pays : la frontière sépare « de manière équidistante l’île Krusenstern, ou Ignaluk, de l’île Ratmanov, ou Nunarbuk, et continue vers le nord à l’infini (sic) jusqu’à ce qu’elle disparaisse complètement dans l’océan Arctique ».
Durant la Guerre froide, l’espace entre les deux îles constitua la frontière américano-soviétique, et fut qualifiée de « rideau de glace ». En 1987, toutefois, la nageuse en eau libre Lynne Cox, de nationalité américaine, effectua la traversée, et fut félicitée conjointement par Ronald Reagan et Mikhaïl Gorbatchev.
Les îles Diomède sont souvent mentionnées comme étapes intermédiaires dans les projets futuristes de pont ou de tunnel traversant le détroit de Béring.
Durant l’été 1995, l’acteur de télévision britannique Michael Palin, membre des Monty Python, débuta depuis la petite Diomède une circumnavigation le long des côtes du Pacifique au travers de dix-huit pays différents dans le cadre d’une série télévisée de la BBC, Full Circle. Il essaya à la toute fin de son voyage circulaire, huit mois plus tard, de revenir sur l’île mais en fut empêché par les mauvaises conditions météorologiques.
Les médias américains ont évoqué brièvement les îles Diomède lors de la campagne présidentielle américaine de 2008 après que Sarah Palin, gouverneur de l'Alaska et candidate à la vice-présidence sur le ticket républicain avait affirmé lors d’une interview sur ses connaissances sur la Russie, qu’en Alaska « on voit la Russie depuis sa fenêtre ». La Petite Diomède est le seul endroit d’Alaska depuis lequel un territoire russe, la Grande Diomède, est visible.