15、16世紀，歐洲國家對外擴張勢力，開闢往東亞的新航路，發現美洲新大陸，縮短了亞洲與歐洲的航行距離，世界從此進入大航海時代。在海權爭霸國際環境下，臺灣進入歷史時代。荷蘭人在遠東的商業目的原以明朝為重要對象，但因受制於葡萄牙人的競爭和明帝國的抵制，荷蘭人只好轉向澎湖，先後在1604年、1622年兩度進占澎湖。但因澎湖為大明帝國領土，所以明政府亦兩度派兵驅離荷蘭人。1604年沈有容出兵澎湖驅逐荷蘭人，歷經8個月不分勝負，荷蘭終而議和。在議和訂約中，明政府要求荷蘭退出澎湖，如果退出澎湖，去佔領對面的「化外之島」臺灣，明政府則無異議。經此議和，荷蘭人遂在1624年進入南台灣，建「奧倫治城」，後又改建為熱蘭遮城。1653年建普羅民遮城。

荷蘭統治臺灣前後共約38年。其極盛時（1650年）的統治範圍包括嘉南平原為主的地區，北部的西班牙殖民地二城和以及今臺東沿海一帶。荷蘭人對原住民族（福爾摩沙人）採取安撫、鎮壓、教化兼施的方式治理，採行「地方會議」（Landdag）制，從各村選出長老，每年集會以宣導荷蘭當局時政措施，地方會議分北路、南路、淡水和卑南四區，長老須向荷蘭當局宣誓效忠，擁有荷蘭當局授予的藤杖後在社內行使司法權。荷蘭人還廣泛宣傳基督新教的加爾文教派，在傳教同時推廣文教工作，新港文書是為其範例之一。

當時，移居臺灣的漢人也已有一定數量，也有部分漢人被招募來臺開墾。漢人在很多方面扮演輔助荷蘭人統治的角色，包括擔任「社商」（包稅商）等（社商可單獨享有一番社的商業交易權，其他商人不得干預，他們常用布匹、食鹽、鐵器、菸草來交換原住民族狩獵的獵物與農產品。）荷蘭東印度公司利用競標方式將某社的商業交易權外包給出價最高者，並且分四季向社商收稅，藉以增加財政收入，稱為「贌社」。但因為賦稅沉重、人民無土地所有權，田地均為王田，歸荷蘭國王所有，導致部分臺灣人民對荷蘭統治者時有不滿。1652年，因甘蔗減產與人頭稅加重，爆發了郭懷一事件。此外，1629年與1636年也分別發生麻豆溪事件與蕭壟事件兩次大型的福爾摩沙人原住民族反抗活動。

經濟方面，荷蘭人引進了許多新物種，包括芒果、釋迦、甘藍菜、大豆、胡椒、波羅蜜、呂宋菸草、豌豆、蕃茄等等，同時也引進了黃牛。當時荷蘭人所使用的土地面積單位「摩爾亨」（Morgen），相當於「甲」（1摩爾亨約等於0.96公頃），一直沿用至今。此外，荷蘭人在臺灣發展貿易，並以臺灣作為轉口站，臺灣成為明朝、日本、南洋、歐洲等地的貨物集散中心。此時的臺灣已躍入以出口貿易為導向的海洋貿易體系，有別於傳統中國自給自足的封建式小農經濟。