L'expédition d'Otto von Kotzebue (1823-1826) aborde l'atoll et le baptise île Eschscholtz.

L'histoire atomique de l'atoll commence en février 1946, lorsque le gouverneur militaire des îles Marshall vient en fin de messe pour demander aux 167 habitants leur consentement pour le prêt de leur atoll. L'armée américaine filme alors de curieuses mises en scène, refaites de nombreuses fois, où elle est censée montrer qu'elle fait tout pour apporter du bien-être aux Bikiniens. Ces séquences exagérant tous les points positifs sont ensuite diffusées au cinéma par United News, un instrument de propagande au service du gouvernement américain[1].

Le 7 mars 1946, la population autochtone de l'île est évacuée et déplacée sur l'atoll de Rongerik. 67 expériences nucléaires dont 23 explosions de bombes A et de bombes H ont été effectuées entre 1946 et 1958, dont celle de Castle Bravo, la plus puissante bombe H américaine. Trois îles sont rayées de la carte durant ces expériences.

À la fin des années 1960 et au début des années 1970, quelques habitants originaires de l’atoll furent renvoyés s'y installer mais furent à nouveau évacués en raison du fort taux de radioactivité enregistré. En 1998, l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) a recommandé de ne pas repeupler les îles de l'atoll, les produits locaux et l'eau des nappes étant impropres à la consommation.

En 2010, l'atoll de Bikini est inscrit sur la liste du patrimoine mondial en tant que « symbole de l'entrée dans l'âge nucléaire » de l'Humanité[2].