По рассказам коренного населения Чукотки и аляскинских эскимосов о существовании этого острова русским первопроходцам было известно ещё с середины XVII века. Впервые остров на карту нанёс русский первопроходец Иван Львов, не позже 1707 года. Михаил Васильевич Ломоносов по этим данным нанес данный остров на свою полярную карту и назвал его Сомнительный.
В 1764 году остров с расстояния 20 вёрст наблюдал «геодезии сержант» Степан Андреев, обследовавший побережье Чукотки к востоку от мыса Шелагский Чаунской губы. Более точно расположение острова определили позднейшие исследования российских морских офицеров, ранее упоминаемых выпускников Морского корпуса: Г. А. Сарычева, Ф. П. Врангеля, а затем К. В. Ломана в период экспедиции 1911 года.
В своём отчете «Путешествие по северным берегам Сибири и по Ледовитому морю, совершенное в 1820, 1821, 1822, 1823 и 1824 гг.» Ф. П. Врангель писал, что остров имел собственное название и постоянное население, состоящее из двух племен. «Некоторые из них бородатые и похожи на россиян, другие же чукотской породы». От них он узнал, что этот остров они называли Умкилир, в переводе с чукотского языка – «место белых медведей». Пользуясь рассказами этого народа, Ф. П. Врангель в период своей экспедиции 1820 – 1824 годов искал остров, но так и не смог найти.
В 1849 году британский исследователь Генри Келлетт (Henry Kellett) на судне Herald обнаружил в Чукотском море новый остров и назвал его в честь своего судна островом Геральд. Западнее острова Геральд Г. Келлетт визуально наблюдал ещё один остров и отметил его на карте без абриса его береговой черты, т.е. как точку, под названием Земля Келлетта.
В 1866 году на этом острове высадился германский капитан-китобой Эдуард Далльманн (Eduard Dallmann).
В 1867 году американский китобой Томас Лонг (Thomas Long), возможно, не зная о предыдущем открытии Г. Келлетта либо неверно идентифицировав остров, назвал его в честь русского путешественника и государственного деятеля Ф. П. Врангеля. Томас Лонг в 1867 г. написал: «Я назвал эту землю именем Врангеля потому, что желал принести должную дань уважения человеку, который еще 45 лет тому назад доказал, что полярное море открыто». Тем не менее название американцем вновь открытого острова русским именем мне представляется удивительным и имеющим, наверное, какое-то другое объяснение. С тех пор на всех картах данный остров стал носить современное название – остров Врангеля.
В 1879 году американская экспедиция Д. Де Лонга завершилась катастрофой. В период поисков данной экспедиции, в 1881 году, к острову подошёл американский паровой куттер «Томас Корвин» (Thomas Corwin) под командованием Кельвина Хупера (Calvin L. Hooper), который высадил на остров поисковую партию и провозгласил его территорией США.
В начале сентября 1911 года к острову Врангеля подошёл ледокольный пароход «Вайгач» под командованием капитана 2 ранга Константина Владимировича Ломана, сменившего на этом посту А. В. Колчака