Les tribus indigènes qui habitaient cette région étaient les Tobas, Timbúes, Mocovíes, Pilagás, Guaycurúes et Guaraníes. Ils étaient nomades, vivaient de la chasse, de la pêche et de la récolte des fruits.
Le premier établissement européen date de l’année 1527, dans la confluence des fleuves Paraná et Carcarañá, quand Sébastien Cabot dans son voyage nord, avait fondé le fort de Sancti Spíritu, détruit deux années plus tard par les indiens.
La ville de Santa Fe a été fondée en 1573 par Juan de Garay aux alentours de l’actuelle Cayastá. Entre 1651 et 1660, elle a été transférée à un autre emplacement.
En 1812, l’avocat et général Manuel Belgrano fait jurer pour la première fois sur le drapeau argentin à ses soldats, au bord du fleuve Paraná, dans le village de Rosario, 160 km au sud de Santa Fe.
Courant 1815, le gouvernement central de Carlos María de Alvear tombait suite à la rébellion de Ignacio Álvarez Thomas (alors à la tête d'une armée envoyée contre Santa Fe pour combattre Artigas). Le chef de la milice locale, Francisco Candioti se chargeait, pacifiquement, du gouvernement, commençant ainsi la période de Santa Fe comme province autonome. Cette étape fut courte, car la même année, suite au décès de Candioti, le gouvernement central constituait un gouvernement dépendant de Buenos Aires. Toutefois, en 1816, les caudillos Mariano Vera et Estanislao López tombaient. Le gouverneur proclamait alors la souveraineté de la province et son entrée dans la Ligue des Peuples Libres, de Artigas.
López avait dicté, en 1818, une constitution provinciale de caractère fortement conservateur, après avoir rejeté un projet présenté par une assemblée provinciale. Pendant les luttes civiles de 1820, les troupes santafesines ont été décisives dans la défaite de l’armée porteño centraliste. Ainsi, avec le temps López s'est transformé et est devenu le "Patriarche de la Fédération", et la "référence" du parti Fédéral jusqu'à son décès en 1838.
Après la mort de López, son secrétaire et homme de confiance, José María Cullen est choisi comme gouverneur. Cependant, Cullen étant un rival potentiel de Juan Manuel de Rosas, le gouverneur de Buenos Aires est chargé des relations extérieures de la Confédération, ce dernier a cherché et obtenu sa capture et son exécution afin de nommer un gouverneur "pro-rosiste" Juan Pablo López. Ce nouveau gouverneur s'est maintenu au pouvoir, en alternance avec Pascual Echagüe, jusqu’à l’invasion de la province par la Grande Armée de Justo José de Urquiza, en décembre 1851. Durant son mandat en 1841, une nouvelle Constitution a été adoptée.
Après l’Organisation nationale, la province a vécu une période de paix, seulement altérée par de fortes luttes électorales entre les deux courants politiques : le courant fédéral partisan d’Urquiza et le courant national ou libéral partisan de Bartolomé Mitre.
L'hégémonie politique des conservateurs a été menacé par la formation de nouveaux partis politiques : l’Unión Cívica Radical (Union Civique Radicale) et le Partido Demócrata Progresista (Parti Démocrate Progressiste), formé depuis la Ligue du Sud, dirigé par le "pro-rosiste" Lisandro de la Torre. De même la création de la Fédération agricole argentine, suite aux Révoltes d’Alcorta (nommé d'après la ville santafesine d’Alcorta), menés par des chacareros (fermiers) a eu un grand effet au niveau national.
Santa Fe fut la première province à appliquer la réforme électorale de 1912 (Loi Roque Sáenz Peña) lors des élections de 1912 qui virent le triomphe de l'UCR pour la première fois. L'UCR se maintient au pouvoir jusqu'au coup d'État de 1930. En 1932, le PDP arriva au pouvoir avec Luciano Molinas comme gouverneur.
Pendant la période péroniste, Santa Fe en devient le bastion le plus importante, surtout la ville de Rosario, connue comme la capitale du péronisme. Durant les années 1960, en raison de l'interdiction du péronisme, la province fut gouvernée par l'UCRI (1958-1962) et l'UCRP (1963-1966), divisions du radicalisme. En 1969, Rosario fut un foyer important de la protestation appelée Cordobazo et qui a laissé des traces visibles dans la ville.
Après le retour de la démocratie en 1983, la province a été gouvernée par le péronisme, avec notamment le pilote de F1 Carlos Reutemann dans les années 1990 et 2000, bien qu'en certaines occasions (comme en 2003 le candidat socialiste Hermes Binner), le candidat ayant obtenu le plus de voix appartient à un des partis d'opposition.