היחסים הדו צדדיים בין שתי המדינות החלו ב-2 ביוני1849. כחלק מתהליך הקולוניזציה האירופית של אראקוניה בסוף המאה ה-19, גייסה ממשלת צ'ילה מתיישבים הולנדים במטרה לאכלס עיירות באזור המיושב בדלילות זו בדרום צ'ילה. המושבה נואבה טרנסוואל, היא עיירה הממוקמת בקומונה של גורביאה, שנוסדה על ידי מתנחלים בורים מהאימפריה ההולנדית, שמצאו מקלט בשטח צ'ילה לאחר המלחמות הבוריות.
המאה ה-20
בשנת 1910 שדרגה צ'ילה את הנציגות הדיפלומטית שלה בהולנד, וב-26 במאי1937 נחתם הסכם סחר בין שתי המדינות, שהתיר לצ'ילה לייצא נפט, נחושת, דגני בוקר ודבש, ואילו הולנד ייצאה אורז, קקאו ואמפולות. היחסים ההדוקים בין שתי המדינות אושרו לרגל הביקור הרשמי שערך הנסיך ברנהרד בצ'ילה, בעלה של המלכה יוליאנה בין 10 ל-20 באפריל1951, כאשר עוטר על ידי הנשיא גבריאל גונזלס וידלה, בעיטור מסדר הכבוד של צ'ילה, אשר בתורו עוטר על ידי הנסיך בעיטור הצלב הגדול של האריה מהולנד. בשנת 1955, שתי המדינות החליטו לשדרג שוב את היחסים הבילטרליים שלהן לרמת השגרירות.
בשנת 1961 הקימה ממשלת הולנד מערכת ערבות אשראי שתאפשר ייצוא של מוצרי הון לצ'ילה, שאושרה על ידי הבנקים המרכזיים של שתי המדינות. בשנה שלאחר מכן שתי המדינות חתמו על הסכם הגירה, שמכוחו הועדפה הגירה הולנדית בצ'ילה, במיוחד של חקלאים, חוואים וטכנאים להתמסר לעסקי החלב בדרום המדינה. בשנת 1966 הציעה משלחת סחר הולנדית לממן מטעם הולנד הקמת רשת טלקומוניקציה בתדירות גבוהה בצ'ילה, שהופקדה בידי חברת התקשורת הלאומית במשאבים בהיקף של יותר מ-2.5 מיליון פלורינים בארגון בנק ההשקעות ההולנדי.
לאחר ההפיכה בשנת 1973 בצ'ילה, היחסים בין שתי המדינות התדרדרו. שנה קודם לכן, שר שיתוף הפעולה ההולנדי, יאן פרונק, ייסד תנועת סולידריות עם ממשלת סלבדור איינדה, והייתה אהדה מצד איגודים מקצועיים ועובדים הולנדיים שבהם ראש הממשלה יופ דן אויל ראה "ניסוי סוציאלי דמוקרטי". ימים לאחר ההפיכה הצבאית צעדו כ-20,000 הולנדים דרך אמסטרדם וערים אחרות נגד הדיקטטורה, כולל פוליטיקאים וחברי ממשלה. התגובה המיידית של ממשלת הולנד הייתה ההתנגדות המוחלטת ואימוץ הצעדים להקפאת היחסים הפוליטיים והכלכליים עם הממשלה הצ'יליאנית החדשה, כמו גם הגינוי המוחלט של הפרות זכויות אדם ברמה הבינלאומית והדו-צדדית. הולנד לא ניתקה את היחסים הדיפלומטיים עם צ'ילה, מכיוון שרצתה לקיים מגעים למתן סיוע לאסירים פוליטיים ולהציע להם מקלט, כמו גם להגן על אזרחים הולנדים השוהים בצ'ילה ועל מתנגדי המשטר הצבאי האחרים.
עם חזרת הדמוקרטיה לצ'ילה במרץ 1990, היחסים בין שתי המדינות שבו לקדמותם. ב-4 באוקטובר אותה שנה, שתי המדינות חתמו על הסכם לשיתוף פעולה כלכלי וטכנולוגי, ואילו בינואר 1996 נחתם הסכם על ביטוח לאומי.
המאה ה-21
בשנת 2009 שתי המדינות חתמו על הסכמי שיתוף פעולה להכשרת הון אנושי מתקדם ובתחום העברת הטכנולוגיה והתנסויות בחקלאות ובמזון.
ביקורים רשמיים
בשנת 1972 ביקר בצ'ילה, ראש ממשלת הולנד, יופ דן אול, בקשר לוועידת האו"ם לסחר ופיתוח (UNCTAD III) שהתקיימה בסנטיאגו דה צ'ילה בין אפריל למאי אותה שנה. לאחר חזרת הדמוקרטיה לצ'ילה, ערך נשיא צ'ילהפטריסיו איילווין ביקור רשמי בהולנד באפריל 1991, ובתגובה ערך ראש הממשלה וים קוק ביקור רשמי בצ'ילה בשנת 1998, שהביא לאיחוד של הקשרים בין שני העמים. ביאטריקס, מלכת הולנד ביקרה בצ'ילה במרץ 2003 והגישה הזמנה לנשיא ריקארדו לאגוס לבקר בהולנד בשנת 2005, אולם הביקור לא יצא לבסוף אל הפועל. שר החוץ הצ'יליאני איגנסיו ווקר נסע מטעם ראש המדינה הצ'יליאני ביוני 2005, כאשר נפגש עם מקבילו ההולנדי ברנרד בוט וחתם על הסכמים בענייני מכס וביטוח לאומי. לאחר מכן, הנשיאה מישל בצ'לט וראש הממשלה יאן פיטר בלקננדה נפגשו בכמה הזדמנויות במסגרת גופים רב-צדדיים, כמו הפגישה הדו-צדדית שקיימו בספטמבר 2008 במהלך האספה הכללית ה-63 של האו"ם. בתחילת 2009 נסיך הכתר וילם אלכסנדר, בליווי הנסיכה מקסימה, ערך ביקור פרטי בצ'ילה, במהלכו סיירו בפטגוניה וביקרו בשטח האנטארקטי הצ'יליאני. בתאריכים 25–27 במאי אותה שנה, ערכה הנשיאה מישל בצ'לט ביקור ממלכתי בממלכת הולנד, והתקבלה על ידי המלכה ביאטריקס, ראש הממשלה יאן פיטר בלקננדה ונשיאי המדינות הכלליות.
יחסי סחר
בתחום הכלכלי-מסחרי, היחסים בין שתי המדינות הם חלק מהסכם ההתאגדות בין צ'ילה לאיחוד האירופי, שנכנס לתוקף מאז 2003. בשנת 2016, חילופי המסחר בין שתי המדינות הסתכמו ב-2.161 מיליארד דולר. המוצרים העיקריים שייצאה צ'ילה היו קתודות נחושת, עיסת עץ אקליפטוס, אבוקדו ומוליבדן, ואילו הולנד ייצאה לצ'ילה בעיקר ספינות מכולה, בנזין, תכשירי מזון ותפוחי אדמה קפואים.