Филипп Вандермаелен. «Карта части Азиатской России № 4». Амстердам, ок.1820. Литография, акварель.
Земля Бунге ещё не была открыта, потому Фаддеевский и Котельный отображены отдельными островами.
В 1646 году М. В. Стадухин сообщил якутскому воеводе Василию Пушкину, что он и его товарищи против устьев рек Индигирки и Колымы открыли большой остров: «гораздо тот остров в виду, и горы снежны, и пади и ручьи знатны». Казаки считали этот остров и Новосибирский архипелаг частью гигантской Новой Земли.
Первые достоверные сведения об островах в начале XVIII века сообщил казак Яков Пермяков, плававший от устья Лены к Колыме. В 1712 году он в составе казачьего отряда, возглавляемого Меркурием Вагиным, высадился на остров Большой Ляховский. Затем Яков Пермяков и Меркурий Вагин отправились на нартах к земле, которая лежала в море против Святого Носа. Это был самый южный остров Новосибирского архипелага — Первый Ляховский. На Первом Ляховском острове они заметили, что «на том острову олени и песцы и волки есть». Об этом рассказал Алексей Дементьев, участвовавший в первом походе, и засвидетельствовал, что к северу от Первого Ляховского острова сам видел еще один остров.
По данным историка Сибири XIX века Г. Спасского, сибирские купцы Никита Шалауров и Иван Бахов в середине XVIII века на Новосибирских островах обнаружили залежи мамонтовой кости.
Летом 1761 года Никита Шалауров, плывя с Яны на Колыму, видел к северу от Святого Носа на широте 72° 33, долготе 148° «великую землю с горами о семи верхах». Эти слова записаны в судовом журнале экспедиционного судна «Вера, Надежда, Любовь» и на карте Н. Шалаурова. Следовательно, Шалауров был первым, кто поведал миру о Ляховских островах, первым положил их самые южные очертания на карту, представленную Адмиралтейств-коллегии и Сенату.
Несмотря на столь явные доказательства первооткрытия, принято считать, что Новосибирские острова обнаружил в 1770 году купец Иван Ляхов.
Однажда он на побережье Северного Ледовитого океана заметил стадо диких оленей, которые по льду привели его к неизвестному гористому острову. Через 20 верст показался второй остров, но олени на остановились и на нем и отправились дальше — к неизвестной земле. На новой земле Ляхов нашел много песцов и мамонтовые бивни. Сообщив о своем открытии Петербург, он просил разрешить ему монопольный промысел на островах. Такое право ему было предоставлено указом Екатерины II, причем острова императрица распорядилась называть Ляховскими. В 1773 году Иван Ляхов снова ходил на архипелаг и, идя по следу оленьего стада, вышел на третий остров — Котельный. Там он обнаружил следы пребывания прежних землепроходцев: котел из зеленой меди, остатки какого-то деревянного судна и дрова. На новом архипелаге Ляхов организовал промысел песца и добычу мамонтовой кости и заложил два зимовья: Малое и Коренное.
В связи с промысловым освоением в 1775, 1777, 1778 годах на Ляховских островах была проведена государственная опись. Яков Санников, передовщик купцов Сыроватских, в 1800 году побывал на одном из малоизвестных, открытых в 1697 году сыном боярским Максимом Мухоплевым, маленьком гористом острове, который он назвал Столбовым. Во времена Санникова там стояли старые памятные знаки — русские кресты, воздвигнутые мореходами, плывшими из устья Лены на Индигирку и Колыму.
В 1805 году Яков Санников обнаружил остров Фаддеевский, а в следующем году — остров Новая Сибирь. В столице, узнав об этих открытиях, предположили, что в этом районе, возможно, в сторону Северной Америки простирается большая земля. В результате было принято решение направить в район открытия Санникова правительственные экспедиции.
Первую такую экспедицию возглавил зоолог по образованию Матвеем Геденштром, служивший в Тобольскеколлежским регистратором. В 1808—1810 годах экспедиция она с помощью Якова Санникова провела опись архипелага.
В 1811 году Яков Санников нашел на острове стоянку русского промышленника времен начала освоения северо-восточной Азии. О том, что русские еще в XVII веке побывали на Новосибирских островах, свидетельствует и крест на могиле на острове Котельном, на котором Яков Санников видел надпись на русском языке. Работы Геденштрома на архипелаге продолжал талантливый геодезист П. Пшеницын.
В 1820 году экспедиция во главе с лейтенантом флота Пётр Фёдорович Анжу составила точную карту островов, проведя маршрутные съемки вдоль их берегов, также попыталась отыскать таинственную землю, виденную Яковом Санниковым.
В 1879—1880 годах архипелаг посетила американская полярная экспедиция Джорджа Делонга на шхуне «Жаннетта», открывшая острова Жаннетты и Генриетты.
В 1886 году Эдуард Толль исследовала Ляховские острова, а затем, совместно с доктором А. А. Бунге, объехал остров Котельный, с побережья которого якобы видел Землю Санникова. В 1898 году Толль, поддержанный Императорской Академией Наук и царским правительством, обеспокоенным проникновением в Арктику иностранцев, выступил в печати с предложением снарядить экспедицию на поиски Земли Санникова. Он вышел 8 июня 1900 года из Петербурга на шхуне «Заря».
На пути к острову Ляховскому экспедиция, не встретив льдов, беспрепятственно дошла до северной оконечности острова Котельного. Толль принял решение следовать к острову Беннетта, но вблизи него вошел в зону плотного тумана, в разрывах которого показались первые льды, а затем и ледяной барьер. «Заря» повернула назад к острову Котельному, где в Нерпичьей губе стала на зимовку, проведя метеорологические наблюдения. 23 мая 1901 года четыре человека во главе с Эдуардом Толлемна собачьих упряжках, захватив байдары, вышли в сторону острова Беннетта и пропали без вести.
Исследования Новосибирских островов и архипелага Де-Лонга продолжала Гидрографическая экспедиция Северного Ледовитого океана. В 1912 году ледокольные пароходы «Таймыр» и «Вайгач» подходили к Ляховским островам, где произвели опись многих участков. В 1913 году, возвращаясь на восток после открытия Северной Земли, корабли прошли севернее Новосибирских островов и открыли новый остров, присвоив ему имя Вилькицкого. В 1914 году, следуя от острова Врангеля на запад, «Вайгач» подошел к еще одному не положенному на карту остров, названного именем лейтенанта Жохова