Aunque geológicamente reciente, Doñana tiene vestigios neolíticos. Diversas civilizaciones como fenicios, griegos y posiblemente tartesios habitaron la zona. En 1923, el arqueólogo Adolf Schulten, junto con otros, buscó en vano la capital tartésica en Doñana. Aún así, en 1978 se descubrió la Estela de Villamanrique, y en 2007 se investigó la marisma de Hinojos en busca de la Atlántida. Durante la época romana, la región, conocida como Lacus Ligustinus y el golfo Tartesio, prosperó con asentamientos dedicados a la pesca y la producción de garum.
En 1255, Alfonso X el Sabio estableció un cazadero real en el Bosque de Las Rocinas, hoy Doñana, tras la reconquista del reino de Niebla. Sancho IV otorgó el Señorío de Sanlúcar a Guzmán el Bueno, consolidando la presencia de la Casa de Medina Sidonia en la zona. En 1493, los Reyes Católicos donaron tierras de El Rocío a su secretario, que luego vendió al municipio de Almonte. En este periodo se introdujeron especies de caza y se promovió la ganadería, acompañada de la eliminación de lobos.
En el siglo XVI, el VII duque de Medina Sidonia recuperó Doñana, y su esposa, Ana de Silva y Mendoza, popularizó el nombre “Coto de Doña Ana”, que evolucionó a “Doñana”. En el siglo XVII, Felipe IV fue invitado a cacerías en Doñana por el IX duque de Medina Sidonia. Francisco de Goya visitó la región en 1797, creando obras significativas durante su estancia. En 1865, Eugenia de Montijo fue invitada a una cacería narrada en detalle por "Le Monde Illustré".
En el siglo XIX, Doñana se convirtió en un exclusivo coto de caza para la élite europea. En 1854, se destacó su importancia en la avifauna. Naturalistas ingleses como Abel Chapman difundieron su relevancia para las aves migratorias. En 1900, Guillermo Garvey revitalizó la finca para la caza. En los años 1950, comenzó a valorarse la conservación sostenible. En 1952, los naturalistas Valverde y Bernis iniciaron el anillamiento de aves, y en 1954 fundaron la Sociedad Española de Ornitología. En 1961, miembros del WWF reconocieron la importancia de Doñana en la conservación global.
En 1963, el Gobierno español y WWF compraron terrenos para establecer la primera reserva de Doñana, y en 1964 se creó la Estación Biológica de Doñana. El parque nacional se fundó en 1969, y en 1979 se amplió con la creación del "preparque". La Unesco lo declaró Reserva de la Biosfera en 1980 y Patrimonio de la Humanidad en 1994. A finales del siglo XX, el parque natural de Doñana se consolidó y se protegió contra el desastre de Aznalcóllar en 1998.
Doñana sigue siendo un referente en la conservación natural. En 2006, la gestión se transfirió a la Junta de Andalucía, y en 2012, la Unesco amplió la reserva de la biosfera a 255,000 hectáreas, integrando actividades locales. Actualmente, Doñana es un destino de recreo y política para líderes españoles y sigue enfrentando desafíos de conservación. En 2023, la UICN lo retiró de la lista verde, señalando la necesidad de mejorar su gestión.