האירופאים הראשונים שהגיעו לצ'ילה היו פרדיננד מגלן ואנשיו כאשר חצו את מצר הים שלו קראו בשם מצר כל הקדושים, ונקרא כיום מצר מגלן, ב-1 בנובמבר 1520, ובכך היו האירופאים הראשונים שהגיעו לשטח הנמצא כיום ברפובליקת צ'ילה. אף על פי כן נהוג לייחס את גילוי צ'ילה בידי האירופאים לדייגו דה אלמגרו, שהיה שותפו של פרנסיסקו פיסארו ואשר קיבל לידיו את הפיקוד על חלקה הדרומי של אימפריית האינקה. דה אלמגרו ארגן משלחת אשר יצאה מקוסקו דרומה בשנת 1535 ולאחר תשעה חודשי מסע וקורבנות רבים בנפש הגיעה המשלחת לעמק קופיאפו. אלמגרו לא מצא ערך רב בחבל ארץ זה, שנעדר את אוצרות הזהב והכסף של האינקה בפרו ושב לפרו בה מצא את מותו במלחמת אזרחים. לאחר משלחת ראשונית זו לא גילו השלטונות הקולוניאליים או המתיישבים הספרדיים עניין רב בחקירתה או ביישובה של צ'ילה למשך מספר שנים.
משלחת ספרדית שנייה בת כ-200 איש בראשותו של פדרו דה ואלדיביה פתחה את פרק הכיבוש הספרדי בתולדותיה של צ'ילה. בהגיעו לעמק קופיאפו תבע ואלדיביה את השטח בעבור מלך ספרד, נתן לו את השם אקסטרמדורה החדשה והמשיך להתקדם דרומה אל מול התנגדות העמים הילידים בני המקום. ב-12 בפברואר 1541 ייסד את העיר סנטיאגו דה נואבה אקסטרמדורה (כיום סנטיאגו דה צ'ילה) והקבילדו של העיר הכריז עליו כעבור מספר חודשים כמושל צ'ילה וכקפיטן-חנרל של אקסטרמדורה החדשה. לאחר השתהות ראשונית קיבל ואלדיביה את המינוי ותחת הנהגתו ביססו הספרדים את אחיזתם באזור, המשיכו בכיבוש השטח וייסדו למעלה מתריסר ערים נוספות. בו בזמן העניק ואלדיביה לנאמניו את האנקומיינדות הראשונות.
במהלך התפשטותם נתקלו הספרדים בהתנגדותם של השבטים המקומיים, בהנהגתם של לאוטארו וקאופוליקאן, מנהיגיהם הצבאיים של המפוצ'ה. הארץ שתחת שליטת הספרדים הוכנעה עד לשנת 1553, אולם התפשטותם של הספרדים דרומה נעצרה עת נתקלו בהתנגדות עזה. פדרו דה ואלדיביה עצמו הובס ונהרג ב־1553 בקרב טוקאפל, אולם הכיבוש האירופי עמד בעינו. המושל החדש שהחליף את ואלדיביה שיקם את הערים שנהרסו בלחימה, אולם ניסיונותיהם החוזרים ונשנים של הספרדים להכניע את המפוצ'ה, הן במלחמה והן בדרכי שלום, כשלו ובני המפוצ'ה שמרו על עצמאותם בדרום עד לסוף המאה ה-19. מקובל לכנות התנגדות ממושכת זו בשם מלחמת האראוקו
בהתקוממות גדולה בשנת 1598, שנודעה בשם קרב קורלאבה, כמעט והביאו המפוצ'ה כליה על המושבה הספרדית שבצ'ילה. המפוצ'ה החריבו את כל היישובים הספרדיים שמדרום לנהר הביוביו, להוציא את העיר ואלדיביה ואת קסטרו שבאי צ'ילואה. לאחר שלושה קרבות נוספים התבסס הנהר כקו הגבול שבין אזור השליטה הספרדית ואדמות המפוצ'ה.
מושבה ספרדית.
עם תום שלביו העיקריים של כיבוש צ'ילה, להוציא את בני המפוצ'ה בדרום, החלה בהיסטוריה הצ'יליאנית, ובזו של אמריקה הספרדית כולה, תקופה ארוכה בת כ-200 שנה בה התקיימה והתפתחה בעולם החדש חברה קולוניאלית. תחת האימפריה הספרדית הייתה צ'ילה לממלכת צ'ילה, ומבחינה מנהלתית הייתה קפיטניה חנראל שבירתה סנטיאגו. השלטון הספרדי האפקטיבי כלל את העמק המרכזי, אשר משתרע בין הרי האנדים במזרח ורכס החוף במערב, לאורך מרכז המדינה, עד לנהר הביוביו. בראש הקפיטניה עמד מושל צ'ילה, שהיה גם הקפיטן-חנראל שלה, והיה נשיאה של האודיינסייה, בית הדין הגבוה ביותר בצ'ילה הקולוניאלית וכן גוף מייעץ למושל, אשר ייעצה לו (ומשום כך כונה גם "נשיא"). אדמותיו הפוריות של העמק המרכזי הפכו את צ'ילה לאסם התבואה של מלכות המשנה של פרו. עם זאת, נשארה צ'ילה אחד מהמחוזות העניים ביותר של האימפריה הספרדית.
ככל הקפיטניות חנראל, הייתה צ'ילה אזור מנהלי במעמד מיוחד, אולם בשנת 1589 הכפיף המלך פליפה השני את מושל צ'ילה למשנה למלך של מלכות המשנה של פרו. צווים מלכותיים מאוחרים יותר הסדירו היבטים מסוימים במערכת היחסים שבין הקפיטניה חנרל למלכות המשנה כאשר אחדים הגדילו את מידת האוטונומיה המקומית ואחרים הקטינו אותה. בתחומים מסוימים התקיימה תלות בין הקפיטניה למלכות המשנה, כגון בתשלום שכר חיל המצב, בשירותים שנתנה אגודת הסוחרים של לימה ועוד. לעומת זאת הייתה המערכת המשפטית של צ'ילה עצמאית. טיב הקשר בין הקפיטניה למלכות המשנה השתנה בתקופות השונות, בהתאם לאופיים של המושלים והמשנים למלך. עם זאת, הקפיטניה של צ'ילה מעולם לא הוכפפה באופן רשמי למלכות המשנה של פרו. לבסוף, בשנת 1798, בעקבות סכסוך בין המשנה למלך אמברוסיו או'היגינס והמושל אבילס, הכריז המלך קרלוס השלישי כי צ'ילה היא עצמאית ממלכות המשנה של פרו "כפי שצריך היה להבין זאת מאז ומעולם".
בעקבות הרפורמות הבורבוניות השתנו מעט גבולותיה של צ'ילה הקולוניאלית וגם מבחינה פנימית היא אורגנה מחדש. בשנת 1776, עם הקמת מלכות המשנה של ריו דה לה פלטה נקרעה מצ'ילה הפרובינציה של קוז'ו, שהייתה ממזרח להרי האנדים והושמה תחת סמכותה של מלכות המשנה החדשה. בשנת 1786 יושמה בצ'ילה שיטת האינטנדנסיות וזו חולקה לשתי אינטנדנסיות, זו הצפונית של סנטיאגו וזו הדרומית של קונספסיון, שהגבול ביניהן עבר בנהר המאולה. בשנת 1787, הופרד האי צ'ילואה ונמסר לסמכותה הישירה של מלכות המשנה של פרו.
במהלך התקופה הקולוניאלית היו למלחמת האראוקו שלבים שונים, בהם כאלו של מצב מלחמה ואחרים של עתות שלום. נוסף על כך, נאלצו להתמודד מושלי צ'ילה במהלך המחצית השנייה של המאה ה-17 עם פלישות חוזרות ונשנות של שודדי ים אנגליים. על מנת להחזיק בחיל מצב בקפיטניה נוסד בשנת 1599 הריאל סיטואדו, קרן מטעם הכתר ששולמה ממכרות הכסף של פוטוסי לאוצר מלכות המשנה של פרו על מנת לסבסד את עלות ביטחון הקפיטניה של צ'ילה. לתשלום השנתי הייתה חשיבות גדולה באיזון הגרעון של הקפיטניה הענייה.
מיקומה הגאוגרפי של צ'ילה, המרוחקת מדרכי הסחר העיקריות, אלו היבשתיות ואלו הימיות כאחד, היה אחד מגורמי הקושי העיקריים להתפתחות המושבה הקולוניאלית. מצב זה, יחד עם מצב הלחימה המתמיד בו נמצאה הקפיטניה משך רוב התקופה, הפכו את צ'ילה לאחת המושבות העניות ביותר באימפריה הספרדית שבאמריקות. מכיוון שכך הפעילות המסחרית של הקפיטניה התבססה בעיקר על הסחר עם מלכות המשנה של פרו. בשלב מאוחר יותר, על אף שהיה הדבר אסור לפי חוק, קשרה צ'ילה קשרי מסחר קבועים גם עם בואנוס איירס.
במרוצת המאה ה-17 התפתחו ענפי ייצור וייצוא השומן, העור והצ'רקי - בשר מיובש, והפכו למוצרי הייצוא העיקריים מצ'ילה למלכות המשנה של פרו. הדבר אפשר צמיחה והביא להתפתחות מואצת של ענף גידול בעלי החיים. מבחינה כלכלית עמדה צ'ילה במהלך המאה ה-18 הפכה צ'ילה ל"אסם אסם של פרו" כאשר התפתח גידול החיטה, שענתה על הדרישה ההולכת וגדלה של מלכות המשנה לדגנים. בו בזמן התפתח בצ'ילה ענף כריית הזהב, הכסף והנחושת.
על אף שברחבי האימפריה הספרדית הייתה נתונה המערכת הכלכלית למונופול, התפתח הסחר הבלתי חוקי, ובעיקר הברחות, במידה ניכרת במהלך המאה ה-18, בעיקר לאחר הגעתם של תושבים חדשים מצרפת, מארצות הברית ומאנגליה. רק מיסוד הסחר החופשי בתוך גבולות האימפריה הספרדית בשנת 1778, כחלק מהרפורמות הבורבוניות, אפשר יחסי חליפין קבועים עם המטרופולין.
במהלך התקופה הקולוניאלית הכו בצ'ילה מספר רעידות אדמה רבות עוצמה וחלקן לוו בגלי צונאמי שפגעו בערי החוף. רעידת האדמה של 1575 פגעה במושבה הצעירה פגיעה קשה ופגעי הטבע הרסו את האזור הדרומי והחריבו מספר ערים. ב-1647 הרסה רעידת אדמה חלקים מסנטיאגו וב-1657 נהרסה קונספסיון לחלוטין, שכתוצאה מכך עברה מפנקו למיקומה הנוכחי בפנים הארץ. רעידת אדמה נוספת ב-1730 חזרה ופגעה באופן קשה בסנטיאגו ובוולפראיסו.
עצמאות פוליטית וארגון הרפובליקה (1810 - 1830).
תהליך עצמאותה של הקפיטניה חנרל של צ'ילה, התנתקותה מהאימפריה הספרדית והפיכתה לרפובליקה עצמאית היה חלק מתהליך העצמאות באמריקה הספרדית כולה. את התהליך ניתן לחלק לשלושה חלקים עיקריים: המולדת הישנה, הכיבוש מחדש והמולדת החדשה.
כיבושה של ספרד בידי נפוליאון בונפרטה ותפיסת הכתר בידי אחיו, ז'וזף בונפרטה בשנת 1808 אירעו זמן קצר לאחר מותו של מושל צ'ילה. המושל שהתמנה תחתיו לא הצליח לשמר את נאמנות האליטה המקומית ולאחר מספר פרשיות שעוררו עליו את זעמה של האליטה המקומית הוא נאלץ להתפטר. המושל הזמני שמונה תחתיו, קריאולי בא בימים, הסכים להקמתה של חונטה מקומית על מנת שתמשול בצ'ילה בהיעדרו של המלך וב-1810 נבחרה חונטת השלטון הלאומית הראשונה. או אז החלה התקופה שנודעה בהיסטוריה הצ'יליאנית בשם "המולדת הישנה", במהלכה שלטו בני הקפיטניה בעצמם, תוך מאבקים פנימיים רבים על מידת האוטונומיה הרצויה וטיב היחסים עם ספרד, משך כארבע שנים שלוו גם במלחמת אזרחים.
בתחילה אישרו המשנה למלך בפרו והקורטס הספרדי את שלטונם העצמי של הצ'יליאנים, אולם לאור תהליך ההקצנה בצ'ילה מחד, ועם תבוסת נפוליון ושובו של המלך לכס השלטון בספרד מאידך, הפך המשטר הפוליטי במולדת הישנה למרידה במלכות. כוחות צבא נשלחו ממלכות המשנה של פרו, נחתו מדרום לעמק המרכזי, בשטחם של בני המפוצ'ה, והחלו עושים דרכם צפונה. כשהם מלווים בצ'יליאנים רבים ששמרו על נאמנותם לכתב הביסו הכוחות הספרדיים את אלו הרפובליקניים סופית בקרב רנקגואה ביום 2 באוקטובר 1814, והשיבו את צ'ילה למרותו של הכתר הספרדי. משך כשלוש שנים הייתה צ'ילה תחת שלטון ספרדי, תקופה המכונה בהיסטוריוגרפיה הלאומית "הכיבוש מחדש". במהלך שנות הכיבוש מחדש הושבו על כנם המוסדות הקולוניאליים השונים, וצ'ילה הייתה נתונה למרותם של מושלים מטעם המשנה למלך של מלכות המשנה של פרו.