Le Japon s'est emparé de l'archipel en 1914, et a obtenu un mandat de la Société des Nations pour administrer les îles en 1920. Koror est devenue la capitale de son mandat des mers du Sud en 1922. Au début de la Seconde Guerre mondiale, il y avait quatre fois plus de Japonais vivant à Koror que de Palaosiens. En 1944, la bataille de Peleliu entre les forces américaines et japonaises a fait plus de 15 000 morts. Après cette bataille, les États-Unis ont pris le contrôle des Palaos, et les îles sont restées sous administration américaine jusqu'à la fin de la guerre. Après la guerre, elles sont devenues une partie du Territoire sous tutelle des îles du Pacifique (TTIP), administré par les États-Unis sous mandat des Nations Unies en 1947. Pendant cette période, les États-Unis ont investi dans le développement des infrastructures de base, de l'éducation et des services de santé à Palau, tout en maintenant une influence politique significative sur la région.

Dans les années 1960 et 1970, le mouvement vers l'autonomie a commencé à prendre de l'ampleur, comme dans d'autres parties du TTIP. Cependant, les îles Palaos ont choisi de suivre une voie différente de celle des autres territoires sous tutelle, refusant de rejoindre les États fédérés de Micronésie en 1978 et préférant rechercher son propre chemin vers l'indépendance. Elles ont adopté leur propre constitution en 1981, qui stipulait notamment que les Palaos étaient un pays dénucléarisé. De façon plus générale, cette constitution est remarquable pour son engagement envers un environnement propre, faisant de Palau l'un des premiers pays à inscrire des droits environnementaux dans sa constitution.

En 1982, les Palaos ont signé un un accord d'association libre avec les Etats-Unis (Compact of Free Association ou COFA), qui permettait aux Palaos de bénéficier d'un aide financière et de nombreux programmes nationaux américains en échange d'un accès militaire exclusif et de responsabilités de défense aux Etats-Unis. Cependant, de nombreux Palaosiens considéraient le COFA comme incompatible avec la Constitution palaosienne en raison de l'arsenal nucléaire de l'armée américaine, et sept référendums n'ont pas abouti à la ratification. Suite à un amendement constitutionnel et un huitième référendum en 1993, le COFA a été ratifié et est entré en vigueur le 1^er octobre 1994 en même temps que Palau accédait à l' indépendance. Son financement a été renouvelé en 2010.

Les îles Palaos font partie des pays les plus menacés par le changement climatique et l'affaiblissement des ressources marines, et se trouve en première ligne pour oeuvrer à la sensibilisation à ces problématiques.  En 2011, Palau a interdit la pêche commerciale aux requins et ont créé le premier sanctuaire de requins au monde. En 2015, le pays a désigné 80 % de sa zone économique exclusive comme une réserve marine, renforçant son engagement envers la protection de l'environnement. En 2020, le pays a interdit les écrans solaires toxiques pour les récifs coralliens.