El capitán Francisco de Ulloa estuvo al mando de esta expedición, que llegó al canal de Chacao en 1553. Los españoles recorrieron toda la costa de Chiloé hasta el estrecho de Magallanes, reconociendo y dando nombre a puertos, islas y canales.
Ulloa es considerado el primer explorador y descubridor de Chiloé. En febrero de 1558, Juan Fernández Ladrillero, encomendado por el gobernador de Chile García Hurtado de Mendoza, partió al sur a conquistar nuevas tierras para la corona española. Fue el primero en tomar contacto con los aborígenes que vivían en el archipiélago de Chiloé. En septiembre de ese mismo año, Hurtado de Mendoza inició otra expedición al sur, también al mando de Juan Fernández. Sus naves presentaron problemas y los expedicionarios se vieron en la obligación de permanecer en Chiloé, conviviendo de cerca con los indígenas.
En 1567, comenzó el proceso de conquista de Chiloé por orden del gobernador Rodrigo de Quiroga. El designado para cumplir con esta tarea fue Martín Ruiz de Gamboa. Su expedición, compuesta por 110 hombres bien aprovisionados, se asentó en estas nuevas posesiones. Ruiz de Gamboa consideró adecuado fundar una ciudad junto al río que los indígenas llamaban Quilque (actual río Gamboa), y la bautizó como Santiago de Castro, mientras que a la isla la llamó Nueva Galicia. Sin embargo, este término no prosperó, manteniéndose Chiloé, que era como le decían los huilliches.
Después de poner en práctica las encomiendas (sistema de producción que consistía en obligar a los indígenas a servir, sin retribución alguna, a un encomendero o dueño de las tierras asignadas por el rey) y dejar establecidas las demás instituciones correspondientes, Ruiz de Gamboa volvió al continente a seguir combatiendo en la guerra de Arauco.
Posesión española
Luego del desastre de Curalaba (1598), escaramuza en que los mapuches vencieron a los españoles y mataron al gobernador de Chile, Martín Óñez de Loyola, Chiloé quedó separado del resto de las posesiones españolas. Esto, porque todas las ciudades que se encontraban entre el río Biobío y el canal de Chacao fueron abandonadas o destruidas, a excepción de Valdivia. Durante la primera mitad del siglo XVII, los habitantes de Castro sufrieron numerosos ataques de corsarios holandeses, los que destruyeron parcialmente la ciudad.
Debido a estos asaltos, los españoles pidieron en reiteradas ocasiones despoblar las islas a causa de la miseria y el aislamiento en que se encontraban, pero esto no ocurrió por la relevancia estratégica que tenía Chiloé para España. En 1767, el rey español autorizó al virrey del Perú Manuel de Amat hacerse cargo de la defensa del archipiélago y de nombrar su nuevo gobernador. El elegido fue el capitán Carlos de Beranger. Sin embargo, la anexión del territorio al virreinato fue solo transitoria, ya que la disposición estipulaba que solo era por un tiempo hasta que volviera a restablecerse la normalidad. Lo primero que realizó Beranger a su llegada fue fundar la Villa y Fuerte Real de San Carlos de Chiloé (actual ciudad de Ancud).
Luego, en 1784, se creó la Intendencia de Chiloé, dependiente de Lima, pero cinco años después se transformó en gobernación militar.
Su independencia
El movimiento revolucionario que comenzó a gestarse en Chile en 1810 pasó inadvertido en Chiloé. Sin embargo, en 1813, por orden del virrey del Perú, José Fernando Abascal, llegó al archipiélago el brigadier Antonio Pareja para formar una expedición que ayudara a restaurar el poder español en el reino de Chile.
Tenía el apoyo del gobernador de Chiloé y de la población chilota. Cuando el ejército de Chiloé estuvo listo, salió hacia Valdivia y desde allí inició las batallas contra los independentistas chilenos, que culminaron con la derrota de estos últimos en el desastre de Rancagua (1814). Después de este episodio, los chilenos iniciaron la liberación de Chiloé del dominio español, pero las tropas dirigidas por lord Thomas Cochrane fueron derrotadas por las realistas.
En 1824, es decir, 14 años después de la Primera Junta de Gobierno, el director supremo de la República de Chile, Ramón Freire, reanudó los preparativos para expulsar defi nitivamente al poder español.
Luego de dos años de enfrentamientos y batallas, se convino firmar un acuerdo conocido como tratado de Tantauco, suscrito por los comisionados de ambos ejércitos en el puente de San Antonio y ratificado por Ramón Freire y Antonio Quintanilla el 15 de enero de 1826. En su primer artículo, se declaró la anexión de Chiloé a la República de Chile.