В 1849 году британский исследователь Генри Келлетт (англ. Henry Kellett) обнаружил в Чукотском море новый остров и назвал его в честь своего судна Herald островом Геральд. Западнее острова Геральд Келлетт наблюдал ещё один остров и отметил его на карте. Остров получил своё первое название: «Земля Келлетта».
В 1866 году на западном острове высадился первый европеец — капитан Эдуард Далльманн (нем. Eduard Dallmann), проводивший торговые операции с жителями Аляски и Чукотки. В 1867 году американский китобой по профессии и исследователь по призванию Томас Лонг (англ. Thomas Long) — возможно, не зная о предыдущем открытии Келлетта, либо неверно идентифицировав остров — назвал его в честь русского путешественника и государственного деятеля Фердинанда Петровича Врангеля. Врангель знал о существовании острова от чукчей и в течение 1820—1824 годов безуспешно искал его.
В 1879 году поблизости от острова Врангеля пролегал путь экспедиции Джорджа Де Лонга, который пытался достигнуть Северного полюса на судне «Жаннетта» (англ. «USS Jeannette»). Плавание Де Лонга завершилось катастрофой и в поисках его в 1881 году к острову подошёл американский паровой куттер «Томас Корвин» (англ. Thomas Corwin) под командованием Кельвина Хупера (англ. Calvin L. Hooper). Хупер высадил на остров поисковую партию и провозгласил его территорией США.
В сентябре 1911 года к острову Врангеля подошёл ледокольный пароход «Вайгач» из состава российской гидрографической экспедиции Северного Ледовитого океана. Экипаж «Вайгача» выполнил съёмку побережья острова, совершил высадку и поднял над ним российский флаг.