Арктическим мореходам остров Диксон был известен с начала XVIII в. Во время Великой Северной экспедиции 1720—1747 гг. в 1738 г. ее участник штурман Федор Минин назвал этот клочок земли Большим Северо-Восточным. Позже его именовали Долгим, а в XIX в. — остров Кузькин.
В 1875—1878 гг. на зверобойном паруснике «Прёвен» здесь побывал известный шведский полярный исследователь А.-Э. Норденшельд. Благополучно достигший устья Енисея через Карское море и считавший себя первооткрывателем острова, он назвал остров и бухту именем шведского предпринимателя Оскара Диксона, финансировавшего экспедицию. В 1894 г. острову официально было присвоено это имя.
В 1915 г. на острове был поставлен первый домик — радиостанция для связи с Большой Землей Вилькицкого, зимовавшего у берегов Таймыра. С этого времени ведется официальный отсчет жизни поселка.
Первая зимовка полярников на острове Диксон состоялась в 1916 г., когда начала работать и метеорологическая станция, передававшая в Петроград сводки погоды. Тогда царское правительство нашло на это средства. В 1919 г. на Диксон приходят ледоколы «Таймыр», «Вайгач» и «Александр Невский». Они оставили двухлетний запас угля и продовольствия «Красной полярной станции».
С 1929 г. для обеспечения нужд гидрографии и Карских экспедиций на Диксоне начал базироваться постоянный авиаотряд. Развитие мореплавания по Северному морскому пути способствовало превращению полярной станции в районный центр.
С созданием в 1932 г. управления Севморпути началось строительство поселка, полярных станций на островах и побережье Таймыра — сначала производственные, жилые и вспомогательные станции на острове, затем на материковом берегу. Одноэтажные дома образовали улицы, которые называли в честь исследователей Севера: Седова, Бегичева, Папанина, летчиков Чкалова и Водопьянова, капитана Воронина, охотника Таяна.
Названия закреплялись начальником полярной станции и постановлением политотдела.
Поселок на материке, получивший название Новый Диксон, начал свою историю с 1934 г. в связи со строительством порта. Позднее здесь появилась гидрографическая база и штаб морских операций западного сектора Арктики — координатор судоходства. В 1939 г. на Диксоне оборудована угольная база для пароходов, идущих по трассе Северного морского пути. Именно в это время Диксон начали именовать «воротами Арктики».
В 1941 г. для обеспечения возросшего объема грузооборота вошел в строй новый причал морского порта. До настоящего времени он являлся главным причалом Диксонского морского порта.
С началом Великой Отечественной войны значение Диксона резко возросло. Все конвои, следующие через Карское море, формировались здесь. Уже после Великой Отечественной войны Диксон облюбовали военные, разместив здесь подразделение ПВО и пограничников.
В 1956 г. Диксон отнесен к рабочим поселкам, а в 1957 г. островной и береговой поселки объединены в один, ставший объединенным центром Диксонского района, выделившимся из Усть-Енисейского.
С 1957 г. началось строительство двухэтажных зданий, а с 1976 г. — пятиэтажных. К 1990 г. Диксон превратился в базовый поселок со сложившейся инфраструктурой, способный обеспечить нужды любой экспедиции.
С островом и портом Диксон тесно связана героическая история освоения Северного морского пути. Здесь побывали известные ученые, мореплаватели, летчики-исследователи Арктики: А. И. Вилькицкий, его сын Б. Вилькицкий, Э. Толль, Ф. Нансен, Р. Амундсен, Н. Урванцев, Н. Бегичев, О. Шмидт, В. Визе, В. Воронин, Б. Чухновский, В. Молоков и др. Диксон удивляет обилием установленных памятников: Бегичеву, Тессему, морякам-североморцам и др.