Formentera vstoupila do dějin s příchodem Kartaginců, po jejichž porážce se stala v rámci celých Baleárů majetkem starověkého Říma. O pár staletí později se vlády ujali Arabové a ovládli ostrovy na více než 500 let. V roce 1235 dobyl Formenteru a zbývající ostrovy Guillem de Montgrí a zajistil jim tak nezávislost. Několik let poté byl na Formenteře založen augustiniánský klášter La Mola.
Roku 1348 zachvátila ostrovy morová nákaza a Formentera se posléze na několik set let přeměnila na základnu, odkud piráti podnikali loupeživé výpravy. Na ostrově se vyprávějí legendy, že zde ve strmých skalách na pobřeží ukryli v jeskyních své poklady.
Teprve v 18. století začalo znovuosídlování Formentery. Na ostrov byla přivezena tisícovka obyvatel ze španělské pevniny, kteří se zabývali zemědělstvím, rybářstvím a těžbou soli. První město, současná metropole Sant Francesc Xavier, bylo založeno v roce 1726. V tehdejší době mělo pouhých 400 obyvatel. Koncem 18. století biskup Manuel Abad y Lasierra rozhodl o rozdělení ostrova na tři farnosti, kdy k Sant Francesc přibyl ještě Sant Ferran a El Pilar.
Začátkem 19. století propukly na venkově nepokoje a začalo docházet k častým bojům. Ostrov osídlili vězni z války o nezávislost. V roce 1807 se Formentera stala centrem zájmu španělských a francouzských astronomů, neboť právě zde byl stanoven jeden z vrcholů k měření poledníku. Koncem 19. století se zvyšuje i počet stálých obyvatel na dvě tisícovky. O úctyhodném stáří místních obyvatel se zmiňuje i arcivévoda Ludvík Salvátorský, který ostrov navštívil v letech 1866 a 1888.
Počátky cestovního ruchu na ostrově sahají do let 1965 až 1970, většina hotelů byla postavena kolem roku 1980. Turistů sem přijíždí jen několik desítek tisíc ročně. Na ostrově je zakázáno stavět budovy vyšší než čtyři patra a další rozvoj turistického ruchu limituje i nedostatek sladké vody.
Ostrov Formentera byl také začleněn i do rozsáhlého programu UNESCO – MAN (Člověk a biosféra), jehož cílem je ukázat soulad mezi člověkem a životním prostředím na malých ostrovech.
