Une expédition d'exploration des États-Unis visita l'île en 1841. Après la guerre hispano-américaine de 1898, qui permit aux États-Unis d'acquérir des territoires comme Guam et les Philippines, l'île Wake devint un point stratégique potentiel pour les routes maritimes et militaires entre les États-Unis et l'Asie. En 1899, l'île fut formellement annexée par les États-Unis en vertu de la doctrine de la Destinée manifeste, et elle fut placée sous la juridiction du département de la Marine. À cette époque, elle était principalement utilisée comme point de ravitaillement pour les navires et comme station d'observation pour les expéditions de cartographie. 

L'importance stratégique de l'île Wake devint évidente dans les années 1930, à mesure que les tensions montaient dans le Pacifique avec la montée de l'empire japonais. En 1935, la Panam (Pan-American Airways) y établit une station de ravitaillement pour ses vols transpacifiques. L'île Wake devint une escale importante pour les vols reliant les États-Unis, Guam et les Philippines. Une petite infrastructure fut construite, comprenant un hôtel pour les passagers, des réservoirs de carburant, et des installations pour les avions.

En janvier 1941, les États-Unis ont commencé à installer des moyens militaires sur Wake. L'US Navy y envoya des troupes pour y construire une piste d'atterrissage et y installer des canons anti-aériens. Wake devenait ainsi une base avancée dans le Pacifique, essentielle à la stratégie américaine dans la région. Le 8 décembre 1941, le lendemain de l'attaque sur Pearl Harbor, les forces japonaises lancèrent une offensive contre l'île Wake. Les avions japonais bombardèrent la base américaine et détruisirent une grande partie des installations et des avions. Les troupes américaines, composées de marines, de civils contractuels et d'ouvriers travaillant sur les fortifications, opposèrent une résistance farouche. Du 8 au 23 décembre 1941, les défenseurs de Wake réussirent à repousser une première tentative d'invasion japonaise, ce qui en fit l'un des rares cas où les forces américaines repoussèrent un débarquement ennemi pendant la guerre du Pacifique. Cependant, le 23 décembre, une force japonaise plus importante réussit à envahir l'île, obligeant les Américains à se rendre.

Après la prise de l'île, les Japonais en prirent le contrôle et y installèrent une garnison. Pendant l'occupation, de nombreux prisonniers de guerre américains furent emmenés au Japon. Certains restèrent sur Wake pour être utilisés comme ouvriers. En octobre 1943, craignant que l'île ne soit reprise par les forces alliées, les Japonais massacrèrent 98 prisonniers de guerre américains qui y travaillaient encore. L'île Wake resta sous occupation japonaise jusqu'à la fin de la guerre, bien qu'elle fût fréquemment bombardée par les forces américaines. En revanche, les États-Unis ne tentèrent jamais de la reprendre par une attaque terrestre, car elle n'était plus considérée comme un objectif stratégique vital une fois que d'autres bases plus importantes furent prises dans le Pacifique. À la fin de la Seconde Guerre mondiale, en 1945, les troupes japonaises sur l'île Wake se rendirent officiellement aux forces américaines. L'île fut rapidement réoccupée par les États-Unis, et elle continua à jouer un rôle militaire important dans les années suivantes. Elle fut intégrée dans le réseau de bases américaines du Pacifique et fut utilisée comme poste avancé et centre de communication pour surveiller les activités soviétiques dans la région pendant la Guerre froide. L'île ne fut pas grandement développée, mais elle demeura un avant-poste militaire clé pour les États-Unis en raison de sa situation géographique.

Wake a également été utilisée comme base de ravitaillement pour les avions militaires. Grâce à sa piste d'atterrissage, elle offrait une escale aux avions à destination de l'Asie et des bases américaines du Pacifique, notamment pendant la guerre du Vietnam. Elle a alors servi de station de ravitaillement pour les avions de transport et les missions militaires américaines. Sa piste d'atterrissage était stratégique pour les opérations aériennes de longue portée dans le Pacifique. Cependant, en raison de son éloignement des principales zones de combat, elle n'a pas été une base d'opérations directes.

En 1973, les Îles Marshall ont revendiqué l'île Wake sur la base de leurs légendes orales, Les États-Unis n'aient pas reconnu ces revendications. En 1974, l'armée américaine a pris le contrôle exclusif de la piste d'atterrissage de l'île (désormais utilisée seulement par l'armée  ainsi que pour les atterrissages de secours) et a restreint les visiteurs. En 1978, les insulaires de Bikini (îles Marshall), qui avaient été évacués dans les années 1950 et 1960 à cause des essais nucléaires américains, ont envisagé de se réinstaller sur l'île Wake, mais l'armée américaine a rejeté ce plan, l'île restant importante pour les essais de défense antimissile. 

Avec la fin de la guerre froide dans les années 1990 et l'effondrement de l'Union soviétique, l'importance stratégique de Wake a diminué. L'île perdit une partie de sa valeur en tant qu'avant-poste militaire. Wake, comme les autres bases américaines du Pacifique, a vu ses activités militaires réduites. Cependant, l'île a continué d'être utilisée comme base de communications et comme site de surveillance dans le cadre de l'opération militaire mondiale des États-Unis. L'US Air Force et l'US Army ont maintenu une petite présence sur l'île, principalement pour gérer la station de communications.

Dans les années 2000, certaines discussions ont émergé concernant des projets de protection environnementale. Wake est un atoll corallien isolé, et il présente un intérêt écologique pour les chercheurs en raison de ses écosystèmes marins relativement préservés. En 2009, le président Barack Obama a désigné l'île Wake, ainsi que d'autres territoires insulaires américains dans le Pacifique, comme partie du Pacific Remote Islands Marine National Monument. Cette mesure visait à protéger les écosystèmes fragiles de ces îles, incluant les récifs coralliens, les espèces marines et les oiseaux migrateurs. Grâce à cette désignation, l'île Wake est devenue une zone protégée. L'accès civil à l'île Wake reste extrêmement limité. En dehors des membres des forces armées américaines et des chercheurs autorisés, l'île est fermée au public.

Aujourd'hui, l'île Wake conserve une importance stratégique en tant que station de communications et point de ravitaillement dans le Pacifique. Elle continue de jouer un rôle dans les opérations militaires américaines. Wake sert comme piste de secours pour les avions en difficulté traversant le Pacifique, notamment pour les avions de ligne. La piste est maintenue en bon état pour pouvoir accueillir des avions en cas d'urgence, mais l'activité quotidienne reste minimale. De plus, l'île Wake fait partie d'un réseau de stations de surveillance radar utilisées pour des programmes de défense et de suivi des lancements de missiles balistiques. Les États-Unis maintiennent ce réseau de stations dans le Pacifique pour surveiller les activités militaires, notamment en Asie.

L'île Wake est un territoire non incorporé des États-Unis, ce qui signifie qu'elle est sous la souveraineté américaine, mais qu'elle n'a pas le même statut que les États des États-Unis ou d'autres territoires incorporés. Elle est administrée par l'US Air Force, sous la juridiction du ministère de l'Intérieur pour les questions civiles.