Ačkoli archeologických nálezů není mnoho, lidé žili v oblastech podél zálivu Hilo, řek Wailuku a Wailoa ještě předtím, než s nimi západní svět navázal kontakt.[] Byli známí jako Hilo. Až do poloviny 19. století ovládali vysoké vrcholky hor.[] V původním jazyce domorodých obyvatel, kteří na vrcholcích hor žili, znamená Hilo vysoký vrchol hory. Král Kamehameha, první havajský král, dobyl všechny ostrovy a po příchodu cizinců přesunul horskou osadu Hilo na pobřeží.
Původně se název Hilo vztahoval na celý okres Hilo, který se nyní dělí na South Hilo District a North Hilo District. Při návštěvě Williama Ellise v roce 1823 byla hlavní osadou okresu Hilo Waiākea v zálivu Hilo. Misionáři přišli do okresu na počátku a v polovině 19. století a založili několik církví, zejména kostel Haili v oblasti dnešního Hilo.
Hilo se rozrůstalo, protože cukrové plantáže v okolí vytvářely nová pracovní místa a přitahovaly mnoho dělníků z Asie, takže se město stalo obchodním centrem.
V roce 1900 se začal stavět vlnolam přes záliv Hilo, který byl dokončen v roce 1929. Dne 1. dubna 1946 způsobilo zemětřesení o síle 7,8 stupně Richterovy škály poblíž Aleutských ostrovů čtrnáctimetrovou vlnu tsunami, která o 4,9 hodiny později zasáhla Hilo a zabila 160 lidí. V reakci na to byl v roce 1949 zřízen systém včasného varování, Tichomořské centrum varování před tsunami, které tyto vražedné vlny sleduje a poskytuje varování. Tato tsunami také znamenala konec Havajské konsolidované železnice a místo ní byla severně od Hila vybudována Havajská pásová silnice využívající část železniční trati.
23. května 1960 si další tsunami, způsobená zemětřesením o síle 9,5 stupně Richterovy škály u pobřeží Chile, vyžádala 61 obětí, údajně kvůli tomu, že lidé nedbali varovných sirén. Nízko položené oblasti města v zálivu na poloostrově Waiākea a podél zálivu Hilo, které byly dříve osídleny, byly nově upraveny jako parky a památníky.
