En 1500, Pedro Álvares Cabral découvrit les côtes brésiliennes et, revenant au Portugal, annonça avoir découvert de nouveaux territoires. Selon le traité de Tordesillas, signé en 1494, sous l'égide du pape Alexandre VI, toutes les terres nouvellement découvertes situées à plus de 370 lieues à l'ouest du Cap Vert allaient à l'Espagne, les autres étaient attribuées au Portugal. Ce qui constitue aujourd'hui la moitié du Brésil revenait ainsi au Portugal.
Des navigateurs retournèrent plus tard au Brésil et en rapportèrent le bois de Brésil, bois de couleur braise qu'ils achetaient aux Indiens, et auquel le Brésil doit son nom actuel. Toutefois, l'entreprise de colonisation ne débuta réellement que dans les années 1530, sous le règne de Jean III. En 1532 fut fondé le premier village São Vicente. En 1533, le Brésil fut divisé en quinze capitaineries, chacune dirigée par un donatário héréditaire. Seules deux capitaineries prospérèrent : São Vicente et Pernambouc. C'est d'abord dans celle-ci que fut introduite la canne à sucre, principale richesse commerciale du Brésil jusqu'au début du XVIIIe siècle. Devant le relatif échec de la colonisation, le roi du Portugal plaça le Brésil sous son autorité directe, et nomma un gouverneur général qui chapeautait les quinze capitaineries. Il s'établit à Bahia.
Durant l'été 1554, le Français Nicolas Durand de Villegagnon visita secrètement la région côtière du Cabo Frio, où ses compatriotes se cachaient habituellement. Là, il obtint des informations de grande importance auprès des Indiens Tamoios, s'informant des habitudes des Portugais sur ce littoral et récoltant les données nécessaires à une future expédition en vue de fonder un établissement colonial. Le site choisi se situait près de deux cents kilomètres au sud : dans la baie de Guanabara, que les Portugais évitaient en raison de l'hostilité des indigènes de cette région. Le projet était de transformer cette zone en une puissante base militaire et navale, depuis laquelle la Couronne française pourrait tenter de contrôler le commerce avec les Indes occidentales. Ce fut le début de la « France antarctique », nom donné à l'éphémère colonie française, qui occupa la baie de Rio de Janeiro, de 1555 à 1567, et fut finalement éliminée par l'arrivée de renforts portugais. En réponse aux autres tentatives françaises de conquête territoriale au Brésil, dont la France équinoxiale près de São Luís (Maranhão) entre 1612 et 1615, la Couronne portugaise décida d'intensifier la colonisation du Brésil et d'améliorer son statut.
Le Brésil commença à se développer économiquement, l'exploitation de la population indienne locale n'étant plus suffisante pour la production sucrière, en 1550, les premiers esclaves furent importés d'Afrique. La traite négrière dura jusqu'au milieu du XIXe siècle : le Brésil est le pays qui a reçu le plus d'esclaves noirs, avec environ 5,5 millions d'Africains (majoritairement de l'Afrique de l'Ouest) déportés du XVIe siècle aux années 1850, soit 40 % du total8. Les esclaves furent principalement importés par des trafiquants britanniques et français, notamment Bordelais et Nantais.
En 1630, les Néerlandais de la compagnie néerlandaise des Indes occidentales (West-Indische Compagnie ou WIC) enlèvent aux Portugais les villes de Recife, Natal et Salvador afin de s’assurer une partie de la production sucrière. Recife devient la capitale de la colonie sous le nom de Mauritsstaad. Les populations locales se révoltent (Insurreição Pernambucana ou « Insurrection de Pernambouc ») contre leur présence à la faveur de la Première Guerre anglo-néerlandaise (1652-1654) et à l’issue de celle-ci le Portugal récupère ces territoires.
À la fin du XVIIe siècle, on trouva de l'or à l'intérieur des terres. L'activité minière prit alors une importance considérable et permit l'essor d'une vaste région, connue sous le nom de Minas Gerais.
En 1807, Napoléon envahit le Portugal et son régent Jean VI s'embarqua pour le Brésil pour s'installer à Rio. Lorsqu'il quitta l'Amérique, en 1821 seulement, il y laissa son fils Pierre Ier du Brésil (Dom Pedro). Les Cortes cependant voulurent ramener le Brésil au rang de simple colonie et rappelèrent Dom Pedro au Portugal. Soutenu par la population brésilienne, celui-ci refusa de retourner en Europe, proclama l'indépendance du Brésil, et en fut déclaré empereur en 1822.
En 1825, le Portugal reconnut l'indépendance brésilienne. En 1831 pourtant, Pierre Ier, très contesté, dut abdiquer. Il transmit le pouvoir à son fils Pierre II, alors âgé de six ans. Pierre II fut déclaré majeur en 1840.
Sous le règne de Pierre II, monarque bourgeois féru de sciences et grand voyageur, le Brésil connut un début de modernisation et d'industrialisation. L'esclavage fut aboli, mais plus tardivement que dans les pays européens puisqu'il a été totalement supprimé seulement en 1888.