Läckta dokument visar att Sigmundur Gunnlaugsson och hans fru köpte offshorebolaget Wintris 2007.
Han förklarade inte att han var intresserad av företaget när han inträdde i riksdagen 2009. Han sålde sin 50% av Wintris till sin hustru för $ 1 (70 p), åtta månader senare.
Han säger att inga regler bröts och att hans fru inte hade någon ekonomisk nytta av det.
Offshorebolaget användes för att investera miljontals dollar i ärvda pengar, enligt ett dokument undertecknat av Gunnlaugssons fru Anna Sigurlaug Palsdottir 2015.
De läckta dokumenten visar att Gunnlaugsson fick en allmän fullmakt över Wintris - vilket gav honom befogenhet att leda företaget "utan begränsning". Ms Palsdottir hade en liknande fullmakt.
Revisionsrättens uppgifter visar att Wintris hade betydande investeringar i obligationer från tre större isländska banker som kollapsade under finanskrisen som började 2008. Wintris är listad som en borgenär med miljontals dollar i fordringar i bankernas konkurser.
Gunnlaugsson blev premiärminister 2013 och har deltagit i förhandlingar om bankerna som kan påverka värdet av de obligationer som Wintris innehar.
Han motsatte sig påtryckningar från utländska borgenärer - däribland många brittiska kunder - att återbetala sina insättningar fullt ut.
Om utländska investerare hade återbetalats kunde det ha påverkat både de isländska bankerna negativt och värdet på de obligationer som Wintris innehade.
Men Gunnlaugsson höll sin frus intresse för resultatet hemligt.
Gunnlaugssons talesman sade att hans politik hade satt det isländska folkets intressen framför de konkursdrabbade bankernas kärandes intressen.
"Premiärministerns frus förluster på dessa obligationer utgivna av de misslyckade bankerna kommer att uppgå till hundratals miljoner kronor och utrymmet för återvinning är extremt litet."
Talaren sade att Palsdottir alltid hade deklarerat tillgångarna till skattemyndigheterna och att Gunnlaugsson enligt parlamentets regler inte behövde deklarera ett intresse för Wintris.
Han sade att gemensamma aktiecertifikat i Wintris hade utfärdats eftersom premiärministern och hans fru hade ett gemensamt bankkonto. Detta påpekades för dem när dokumenten granskades 2009.
"Det hade alltid varit tydligt för dem båda att premiärministerns fru ägde tillgångarna, och detta hade inte förändrats. Därför begärdes omedelbart att aktieägarstrukturen skulle ändras. Allt detta klargjordes då i e-postkommunikationen."
Uppenbarelserna kommer sannolikt att leda till allvarliga frågor på Island eftersom de läckta dokumenten visar att två andra ministrar i Gunnlaugssons regering också hade oanmälda offshoreinvesteringar.
Se mer på International Consortium of Investigative Journalists (International Consortium of Undersökande Journalists)
Islands premiärminister har anklagats för att ha gömt miljontals dollar av investeringar i landets banker bakom ett hemlighetsfullt offshore-företag.