Tereny wokół zatoki zostały zasiedlone przez Aborygenów ok. 30 tys. lat temu[1]. Badania archeologiczne wykazały istnienie dwóch najstarszych śladów bytności człowieka w tym samym miejscu, niedaleko od Eagle Bluff – z okresu plejstocenu 30–18 tys. lat temu oraz z okresu holocenu 7–6 tys. lat temu[1]. Inne ślady z terenów Eagle Bluff i Zuytdorp Cliffs pochodzą sprzed 4600 lat, a z terenów Monkey Mia i Useless Loop, sprzed 2300 lat[1]. Przyjmuje się, że osadnictwo uzależnione było od zmiennych warunków klimatycznych i związanych z tym zmian w poziomie morza[1].

Pierwszym Europejczykiem, który zszedł na ląd zachodniego wybrzeża Australii, był holenderski kupiec, i żeglarz Dirk Hartog (1580–1621). W 1615 roku Hartog został zatrudniony przez Holenderską Kompanię Wschodnioindyjską (hol. Vereenigde Oostindische Compagnie (VOC)), która w 1616 powierzyła mu dowództwo statku Eendracht (pol. jedność) wchodzącego w skład floty płynącej z Holandii do Holenderskich Indii Wschodnich[2]. Podczas burzy statek Hartoga odłączył się od pozostałych jednostek, samodzielnie dopłynął do Przylądka Dobrej Nadziei, skąd udał się w dalszą drogę do Batawii[2]. Podczas rejsu Hartog wykorzystywał silne wiatry zachodnie występujące w pasie wód na półkuli południowej, tzw. Ryczące Czterdziestki[3]. Pas ten został wcześniej uznany przez holenderskiego nawigatora Hendrika Brouwera za najszybszą drogę na Jawę i za jego radą VOC zalecało swoim statkom żeglugę na wschód przez Ocean Indyjski ok. 1000 mil holenderskich (ok. 7400 km), a następnie zwrot na północ w kierunku Cieśniny Sundajskiej. Ponieważ nie można było wtedy dokładnie określić długości geograficznej, często zdarzało się, że statki żeglowały zbyt daleko na wschód, docierając do zachodnich wybrzeży Australii, dokonując przypadkowych odkryć geograficznych[4].

25 października 1616 Hartog natknął się na szerokości ok. 26°S na liczne niezamieszkane wyspy[2]. Zszedł na wyspę – nazywaną później jego imieniem Dirk Hartog[2]. Na jej przylądku Cape Inscription, Hartog zostawił tabliczkę z pewteru, upamiętniającą jego wizytę[5]. W 1697 roku flamandzki odkrywca Willem de Vlamingh wylądował na wyspie Dirk Hartog, odnalazł tabliczkę i zamienił ją na nową, umieszczając oryginalny tekst Hartoga oraz dodając swój własny[6][5].

17 sierpnia 1699 roku przybył do zatoki na pokładzie HMS Roebuck brytyjski żeglarz i odkrywca William Dampier (1651–1715), który zakotwiczył pomiędzy wyspą Dirk Hartog a półwyspem Peron, gdzie zauważył ogromne skupisko rekinów i od nich nazwał wody zatoki[5]. Dampier prowadził intensywne obserwacje flory i fauny, zbierając jej okazy i sporządzając wiele opisów przyrodniczych[5].

W 1772 roku francuski żeglarz i odkrywca Francois de St Alouarn (1738–1772) wylądował na wyspie, roszcząc prawo do Australii dla Francji[5]. Francuska wyprawa naukowa Nicolasa Baudina (1754–1803) przybyła do Zatoki Rekina w 1801 i ponownie w 1803 roku[5]. Ekspedycja spędziła w zatoce w sumie 70 dni, dokonując wielu odkryć i nadając wiele nazw geograficznych[5]. Podczas pierwszego pobytu odnalazła tabliczkę de Valmingha[7]. Baron Emanuel Hamelin, szyper Naturaliste (jednego z dwóch statków ekspedycji – drugim był statek Geographe[5]), kazał zamontować tabliczkę na nowym paliku[7]. Louis de Freycinet, młodszy oficer na statku Hamelina uważał jednak, że tabliczka może ulec zniszczeniu i powinna trafić do francuskiego muzeum. Kiedy sam objął dowództwo statku Uranie i przypłynął tu ponownie w 1818 roku zabrał tabliczkę do Paryża[8]. Rząd francuski zwrócił tabliczkę Australii w 1947 roku[9].

W latach 1821–1822 rozpoznanie zatoki prowadził admirał Phillip Parker King (1791–1856), który odnalazł palik Hamelina i wyrył na nim swoje nazwisko[5]. Tabliczka Hartoga znajduje się w Rijksmuseum w Amsterdamie, tabliczka de Valmingha i palik Hamelina z nazwiskiem Kinga w Muzeum Morskim Zachodniej Australii w Perth[5].

Pierwszą mapę zatoki sporządził w 1858 roku kapitan floty brytyjskiej Henry Mangles Denham (1800–1887), który wyrył napis „Denham; Herald 1858” na 20-metrowym klifie wapiennym w Eagle Bluff[5].

Pierwsi europejscy osadnicy zaczęli osiedlać się nad zatoką w połowie XIX wieku[10]. Zajmowali się głównie pozyskiwaniem guana, poławianiem pereł i pasterstwem[10].

Przy pozyskiwaniu guana pracowali skazańcy[11]. Pokłady guana były eksploatowane na 13 wyspach w zatoce Henri Freycinet Harbour, m.in. na wyspach Smith Islands, Sunday Island, Eagle Island oraz South Guano Islands i North Guano Islands[11].

W latach 50. XIX wieku rozpoczęto masowy połów małży Pinctada albina z uwagi na znajdowane w nich drobne perły, dobrze sprzedające się na rynku azjatyckim, i przydatność ich muszli do produkcji guzików[12]. Zatoka przeżyła „gorączkę pereł” porównywalną z gorączkami złota[12]. Początkowo małże były zbierane ręcznie w czasie odpływu lub przez nurków, jednak z czasem zastosowano przemysłowe metody łowienia przy pomocy koszów ciągniętych za statkami po dnie morskim. W 1873 roku ok. 80 takich statków poławiało małże w wodach zatoki[12]. Następnie kobiety i dzieci oddzielały niejadalne mięso małży od muszli, wrzucając je do beczek wystawianych na słońce i podgrzewanych, tak, by perły opadły na dno[12]. Szacuje się, że na każde 100 małży znajdowano 2–3 perły[12]. Muszle sortowano, najlepsze eksportowano do Europy, a te gorszej jakości używano do utwardzania nawierzchni dróg[12].

Współcześnie mieszkańcy regionu znajdują zatrudnienie przede wszystkim w turystyce[10].

W 1991 roku Zatoka Rekina została wpisana na listę światowego dziedzictwa UNESCO[13] a w 2006 roku miejsce lądowania Hartoga na wyspie zostało wpisane na listę narodowego dziedzictwa Australii[14].