Zatokę Wielorybią odkrył w 1842 roku brytyjski podróżnik James Clark Ross. Nazwę nadał jej 24 stycznia 1908 roku Ernest Shackleton, ze względu na wielką liczbę obserwowanych tam wielorybów. Zatoka umożliwiała względnie łatwy dostęp do kontynentu i była wykorzystywana przez wiele wypraw polarnych. W styczniu 1911 roku członkowie wyprawy pod dowództwem Roalda Amundsena założyli na niej bazę Framheim, z której wyruszyli na biegun południowy; w międzyczasie do zatoki dotarła także japońska ekspedycja pod przywództwem Nobu Shirase. Tutaj znajdowały się też kolejne bazy Little America, wykorzystywane m.in. przez ekspedycje pod przywództwem Richarda Byrda z lat 1928–1930 i 1933–1935.