Kristoffer Columbus regnes ofte som første europeer som kom til Nord-Amerika, men det medfører neppe riktighet. Ifølge et irsk middelalderskrift,Navigatio Sancti Brendani Abbatis (Abbed St. Brendans sjøreise), er det ikke usannsynlig at abbedBrendan kom til den nordamerikanske østkysten allerede på 500-tallet (seBrendan-ekspedisjonen). Han og 17 andre irske munker hadde seilt ut fraIrland i en skinnbåt for å finne det forjettede land vestenfor havet, der Guds ord ifølge legenden skulle herske uinnskrenket.

Etter norrøn tradisjon varLeiv Eiriksson den første europeer som kom til Nord-Amerika, ca. år 1000, og kort etter besøkt av andre grønlendinger og islendinger, blant andre islendingenTorfinn Karlsevne, som i spissen for en flokkbureisere rundt 1020 prøvde å slå seg ned iVinland, men måtte gi opp etter tre år.

Moderne forskere finner det bevist at reiser til Nord-Amerika virkelig fant sted ivikingtiden, og funn somHelge ogAnne Stine Ingstad har gjort, tyder på at Vinland lå påNewfoundland (L'Anse aux Meadows), ellers har man også gjettet på landområder ved Gulf of St. Lawrence og New England. Fra 1347 har man en opplysning om et skip som kom til Island etter å ha vært i Nord-Amerika, og i 1472 eller 1473 sendte danskekongenChristian 1 på oppfordring av Portugals konge en ekspedisjon til farvannene vest forIsland ogGrønland, og denne ekspedisjonen skal ha nådd det nordamerikanske fastland. Med på ferden var portugiseren Jão Vaz Corte-Real, hvis sønn Gaspard i 1500–1501 undersøkte Nord-Amerikas nordkyst i et forsøk på å finne en nordvestlig vei til India. I 1497 kom venetianerenGiovanni Caboto (John Cabot), i engelsk tjeneste, tilLabrador – fem år før Columbus satte foten på det amerikanske fastland.

Det er hevdet at kineserenZheng He kom til Amerika allerede i 1420-årene, men denne opplysningen er beheftet med stor usikkerhet.

Det er imidlertidKristoffer Columbus som er regnet som den store oppdager av Amerika, og som satte i gang en storstilt europeisk utforskning av området. I tiårene som fulgte etter at Columbus i 1492 var kommet tilBahamas,Cuba ogHaiti, utforsket spanierne de fleste øyer i og kyster vedKaribiske hav og landstripen langsMexicogolfen.

Ponce de León oppdagetFlorida i 1513, Hernando de CórdovaYucatán i 1517,Hernán Cortés erobretMexico i 1519–1521,Pedro de AlvaradoGuatemala ogEl Salvador kort tid etter;California ble oppdaget i 1533 ogVásquez de Coronado ledet i 1540–1542 en ekspedisjon nordover tilNew Mexico ogArizona. Med sin hovedstyrke kom han tilGrand Canyon,Rio Grande og helt tilKansas. Omtrent samtidig droHernando de Soto overFlorida,Georgia ogTennessee tilMississippi.

Spanierne gjorde krav på de nyoppdagede områdene, men franskmennene og engelskmennene ble etter hvert uvillige til å respektere krav som ikke støttet seg til militær makt. De første franske og engelske forsøk på å grunne kolonier (Jacques Cartier i 1534–1536 og 1541, ogWalter Raleigh i 1584–1586 iNorth Carolina) slo riktignok feil, men i 1606–1607 satte engelskmennene seg fast iVirginia. Herfra bredte de seg etter hvert over hele østkysten, fortrengte i 1664 nederlenderne fraHudson River, hvor de hadde holdt til siden 1614, og svenskene, som hadde slått seg ned ved Delaware.

Til sjøs gjorde engelskmennene fremstøt nordover.Martin Frobisher lette i 1576 og de følgende år forgjeves etter ennordvestpassasje tilAsia, men han oppdagetBaffin Island.John Davis seilte gjennomDavisstredet og langt opp iBaffinbukta i 1585–1587, ogHenry Hudson trengte i 1610 gjennomHudson Strait tilHudson Bay.

Franskmennene slo seg til rundt St. Lawrence River, hvorSamuel de Champlain grunnla en koloni. Han fulgte i 1603 St. Lawrence River landverts, kom i 1609 tilLake Champlain og i 1615 tilLake Huron. Etter hans død fortsatte blant annet jesuittpateren Claude Allouez utforskningen. Stadig større områder i Nord-Amerikas indre ble kjent.

I 1634 hadde pelsjegere og andre reisende trengt frem tilIllinois, pater Jacques Marquette og pelshandleren Louis Jolliet (tidligerejesuitt) kom i 1673 til øvre Mississippi, ved åmotet mellom den og Arkansas River.Cavelier de La Salle åpnet forbindelsen mellom Gulf of St. Lawrence og Mexicogolfen da han i 1682 kom til Mississippis munning og tok landet i besittelse for den franske konge og kalte detLouisiana, etterLudvig 14.

Ved Paris-freden i 1763 måtte dog Frankrike avstå alle sine besittelser i Nord-Amerika til Storbritannia. Franske pelsjegere, speidere og stifinnere trengte også frem vest- og nordvestover. I 1734 oppdaget Pierre Gaultier de VarennesLake Winnipeg, ni år senere trengte hans sønner frem til øvre Missouri og fulgte den frem tilRocky Mountains, og i 1748 oppdaget deSaskatchewan ogLake Manitoba.

Appalachene satte lenge stengsel for britisk fremtrengen mot vest, først i 1716 ble disse fjellene overskredet, men ennå 100 år senere hadde man små kunnskaper om det vestlige Nord-Amerika, og til fots hadde ennå ingen nådd stillehavskysten i nord. Kysten var utforsket av sjøfolk. Spanske sjøfarere fra Mexico hadde vært oppunderAlaskas sørkyst,Francis Drake hadde fulgt californiakysten, men først da russerne hadde underlagt segSibir og kryssetBeringstredet og okkupertAlaska (som forble i russisk eie til 1867), ble nye, store fremstøt gjort.

DanskenVitus Bering, i russisk tjeneste, oppdaget St. Lawrence Island i 1728,James Cook utforsket Nord-Amerikas vestkyst fraSan Francisco til Beringstredet. I hans kjølvann seilte franskmannenJean François Lapérouse og britenGeorge Vancouver. De arktiske landområder ble utforsket av britiske pelsjegere og handelsmenn.Samuel Hearne dro i 1769–1772 fra Hudson Bay overBarren Grounds til utløpet avCoppermine River vedIshavet, mensAlexander Mackenzie i 1789 nådde Ishavet ved Mackenzie Rivers munning. I 1792–1793 drog han opp langsPeace River, overRocky Mountains og kom frem tilStillehavet nord for Vancouver som den første europeer som hadde krysset kontinentet.

Med USAs uavhengighet i 1776 økte innvandringen fra Europa og dermed presset vestover. Viktig for den amerikanske ekspansjon varJohn Charles Frémonts forskningsferder i 1840-årene. Han kartla områdene vest forMississippi og undersøkte fremkomstveien vestover helt til Columbias munning.

Før 1800 var Nord-Amerikas geografi sør for de arktiske områder kjent i grove trekk, utforskningen på 1800- og 1900-tallet har derfor konsentrert seg om polarstrøkene (seekspedisjoner i Arktis). Statlige institusjoner i USA og Canada har tatt del i arbeidet med stor energi, hvilket har ført til at Nord-Amerika er en av de best utforskede verdensdeler.