Im Jahr 1636 war die Gowanus Bay – benannt nach Gauwane (Gouwane, wörtlich ‚der Schläfer‘), einem Canarsee-Indianer – der Ort der ersten Ansiedlung holländischer Bauern im heutigen Brooklyn. Die Teiche der Gowanus-Wiesen dienten dem Antrieb der von den Gezeiten angetriebenen Mühlen der frühen Siedler, die sich entlang des Gowanus Creek befanden. Während des Amerikanischen Revolutionskriegs war Gowanus Schauplatz der Kämpfe in der Schlacht von Long Island, und die amerikanischen Soldaten positionierten sich in Gowanus Heights (heute Park Slope), von wo aus sie die britischen Schiffe, die in der Bucht an Land gingen, gut im Blick hatten. In den 1860er Jahren wurde der Gowanus Creek in den Gowanus Canal umgewandelt, und das Gebiet entwickelte sich zu einem Zentrum der Industrie und Schifffahrt. Infolge der Industrie entlang des Kanals und der Einrichtung eines kombinierten Abwassersystems, das die Abwässer direkt in einen bestimmten Abfluss am Kopf des Kanals leitete, wurde das Viertel durch den verschmutzten Kanal geprägt. Nach dem Zweiten Weltkrieg veranlasste der Niedergang der Schifffahrt im Hafen von Red Hook und des verarbeitenden Gewerbes in der Umgebung von New York City die Abwanderung der Großindustrie und veränderte die Lebendigkeit der Industrie in Gowanus. In den späten 1940er Jahren wurde das Viertel zum Standort mehrerer NYCHA-Wohnprojekte, die zum Teil gebaut wurden, um heimkehrende Veteranen des Zweiten Weltkriegs unterzubringen.
Das Wasser und ein großer Teil des Landes entlang der Ufer des Gowanus Canal wurden durch kombinierte Abwasserabflüsse (CSOs) entlang des Kanals, die dazu dienen, Abwasser und Regenwasser abzuführen, wenn die Kläranlage überlastet ist, sowie durch jahrzehntelange industrielle Nutzung und umfangreiche Kohlegasproduktion im späten 19. Der Gowanus-Kanal war auch eine angebliche Müllhalde der Mafia. Dennoch wurde in den frühen 1980er Jahren neben dem Kanal eine alte Munitionsfabrik aus dem 19. Jahrhundert in der 230 3rd Street in Gowanus zum Standort des riesigen Gowanus Memorial Artyard, dessen Überreste noch immer sichtbar sind. Nach jahrzehntelanger industrieller Verschmutzung in Kombination mit Abwässern erklärte die Umweltschutzbehörde den Gowanus-Kanal 2010 zum Superfund-Standort und stellte 506 Millionen Dollar für die Sanierung bereit. Der Abschluss der Sanierung ist für 2022 vorgesehen.