A história de Tonantins está ligada às disputas territoriais entre Portugal e Espanha no século XVIII. Em 1754, os espanhóis avançavam pela região do rio Içá, fundando aldeias com apoio de missionários franciscanos e tentando estabelecer um forte na foz do Solimões. Esse posto foi abandonado em 1766, devido às dificuldades locais, e ocupado pelos portugueses em 1768, por ordem do governador Fernando da Costa de Ataíde Teive, passando a se chamar Forte de São Fernando do Içá.

Em meio a essas disputas, confirmadas no Tratado de Santo Ildefonso (1777), formou-se o primeiro vilarejo de Tonantins, fundado pelo carmelita Frei Matias Diniz, habitado por índios Caiuvicenas. Após sua morte, a aldeia entrou em declínio, mas foi reorganizada por volta de 1774/1775 por um colono chamado Sampaio, que reuniu povos Caiuvicenas, Passés e Tikunas. Com o apoio dos missionários, foram construídas igrejas e escolas, dando origem ao núcleo populacional que seria a base do município.

Ao longo do século XIX e XX, Tonantins manteve forte identidade indígena e ribeirinha, consolidando-se como comunidade agrícola e extrativista. Sua emancipação política só ocorreu em 10 de dezembro de 1981, pela Emenda Constitucional nº 12, com instalação oficial em 1º de janeiro de 1983, desmembrado de São Paulo de Olivença.

O município está localizado na Calha do Alto Solimões.