Nel XVI secolo gli indiani Ute si erano insediati nell'area meridionale delle Montagne Rocciose. Il primo europeo a raggiungere lo Stato fu probabilmente nel 1541 l'esploratore spagnolo Francisco Vásquez de Coronado, nella sua marcia di ritorno in Messico dopo aver invano cercato le mitiche Sette Città d'Oro. Nel 1682 l'esploratore francese René-Robert Cavelier, Sieur de La Salle, rivendicò alla Francia tutta l'area oggi conosciuta come Colorado ad est delle Montagne Rocciose.
Nel 1803 con l'acquisto della colonia francese di Louisiana, il presidente Thomas Jefferson acquisì la maggior parte del Colorado orientale. Nei decenni successivi numerose spedizioni esplorarono il resto dello stato odierno, fondando città e insediando coloni. Nel 1806 il Tenente Zebulon M. Pike scoprì il monte che porta il suo nome, e raggiunge le sorgenti del fiume Arkansas vicino Leadville; l'anno successivo Pike attraversò i monti Sangre de Cristo a Conejos River fondando Pike's Stockade, fu poi arrestato dalle autorità spagnole e portato a Santa Fe, ma fu presto rilasciato con tutti i suoi uomini.
La marcia verso Ovest si scontrò con le molte tribù di nativi americani: gli Ute delle montagne, i Cheyenne e Arapahoe nella pianura dal fiume Arkansas al Platte, i Kiowa e Comanche a sud dell'Arkansas, i Pawnee lungo il fiume Republican e i Sioux ai margini delle terre Cheyenne e Arapahoe. Nel 1825 si aprì il periodo dei commercianti di pelli, cacciatori e trapper, i famosi fratelli Bent, Ceran St.Vrain, Louis Vasquez, Kit Carson, Jim Baker, James Bridger, Thomas Fitzpatrick, "Uncle Dick" Wooten, e Jim Beckworth, che fondarono centri come Bent's Fort.
Nel 1836 il Texas divenne una repubblica indipendente e negli anni successivi per contrastare sia la nuova repubblica che gli Stati Uniti il Messico concesse a ricchi latifondisti le terre della San Luis Valley. Nel 1842 il tenente John C. Fremont effettuò la prima delle sue cinque spedizioni nelle Montagne Rocciose. Dopo la guerra con il Messico, gli Stati Uniti ottennero con il trattato di Guadalupe Hidalgo la parte del Colorado non acquisita nel 1803.
Nel 1851 venne fondato l'insediamento di Conejos nella San Luis Valley e Fort Massachusetts per proteggere i coloni contro gli indiani che vedevano invase le proprie terre. Nel 1859 venne scoperto l'oro da George A. Jackson lungo il Chicago Creek, dando inizio alla corsa all'oro e alla fondazione dei campi di Black Hawk, Central City e Nevadaville, Boulder, Colorado City, Gold Hill, Hamilton, Tarryall e Pueblo. Nel 1862 la popolazione del Colorado mandò truppe in aiuto ai nordisti contro il generale confederato Henry H. Sibley a La Glorieta Pass. Nel 1863 cominciano a esplodere le tensioni con gli indiani delle Pianure, e nel 1864 il massacro di Sand Creek di uomini, donne e bambini in un accampamento Cheyenne e Arapahoe da parte di soldati e coloni scatenò nuove violenze, e vennero fondati Fort Collins e Fort Morgan.
Nel 1867 Denver divenne sede permanente del governo e l'anno successivo Nathaniel Hill costruì la prima fonderia per l'estrazione del ferro a Blackhawk. Intanto la ferrovia del Santa Fe Trail avanzava collegando le varie città, Colorado Springs, Blackhawk, Central City, Denver, Pueblo. Nel 1876 il Colorado fu ammesso nell'Unione come 38° Stato, con John L. Routt come primo governatore.
La scoperta di un filone d'argento vicino Leadville nel 1878 diede inizio al Colorado Silver Boom. Nel 1893 il Colorado fu il secondo stato a concedere il diritto di voto alle donne; nel 1908 fu il primo stato dell'ovest ad ospitare il convegno del Partito Democratico; nel Censimento del 1930 la popolazione superava un milione di abitanti; come per tutti gli Stati Uniti, gli effetti della Grande Depressione furono devastanti, ma una ondata di immigrazione dopo la Seconda Guerra Mondiale portò a una forte ripresa.