Plusieurs sites archéologiques sont situés autour du massif montagneux Pico Truncado, dans la région de Santa Cruz. Cette région regorge de grottes préhistoriques telles que celles de la Cueva de las Manos (dans le canyon du Río Pinturas), de Los Toldos, de Piedra Museo et d'El Ceibo. La datation au carbone 14 révèle une occupation humaine remontant à près de 13 000 ans.
En 1859 l'explorateur argentin Luis Piedra Buena établit sa base sur l'île Pavón. Cette base est devenue la ville actuelle de Comandante Luis Piedra Buena. En 1863 Piedra Buena fonda un établissement argentin dans la baie San Gregorio, c’est-à-dire sur la côte nord du détroit de Magellan et réussit à faire adopter la citoyenneté argentine par le chef ahonikenk Francisco Biguá. Mais en 1864, l'État chilien força les Argentins à évacuer le détroit de Magellan. Piedra Buena fonda alors la petite localité de Las Salinas, qui est actuellement un faubourg de la ville de Puerto Santa Cruz.
En 1876, Francisco Pascasio Moreno établit à son tour une base sur la ría (estuaire profond) du Río Deseado : c'est la localité de Puerto Deseado. En 1878, Luis Py fonda Puerto Santa Cruz, consolidant ainsi la souveraineté argentine face au Chili, alors en pleine fièvre expansionniste et qui convoitait aussi ces régions. Le 9 avril 1883, les Argentins fondent la ville de Río Gallegos. En 1884, sur la demande pressante du gouvernement argentin, Antonio Oneto fonda aussi la ville de Puerto Deseado.
Pendant ce temps la région de la Cordillère des Andes de Santa Cruz est parcourue par Francisco Pascasio Moreno, Fontana, Moyano, Burmeister, parmi d'autres explorateurs argentins.
En 1884, la Loi des Territoires nationaux est édictée. Au début de 1888, l'existence du Territoire National de Santa Cruz est concrétisée — approximativement dans ses frontières actuelles, bien que l'Argentine revendiquât les hauts sommets de la Cordillère des Andes comme limites occidentales. La capitale fut d'abord fixée à Santa Cruz, puis, en 1904, officiellement transférée à Río Gallegos.