In 1636 was Gowanus Bay – genoemd naar Gauwane (Gouwane, lit. ‘de slaper’), een Canarsee-indiaan – de plaats van de eerste nederzetting door Nederlandse boeren in wat nu Brooklyn is. De vijvers van de Gowanus-weiden dienden als aandrijving voor de door het getij aangedreven gristmolens van de vroege kolonisten, die langs de Gowanus Creek stonden. Tijdens de Amerikaanse Revolutionaire Oorlog werd in Gowanus gevochten in de Slag om Long Island en de Amerikaanse soldaten stelden zich op in Gowanus Heights (nu Park Slope), waar ze volledig zicht hadden op de Britse schepen toen die in de baai aan land gingen. In de jaren 1860 werd de Gowanus Creek omgevormd tot het Gowanus Canal, en het gebied werd een centrum voor industrie en scheepvaart. Als gevolg van de industrie langs het kanaal en de oprichting van een gecombineerd rioleringssysteem dat afvalwater rechtstreeks in een aangewezen afvoer aan de kop van het kanaal loosde, werd de buurt gedefinieerd door het vervuilde kanaal. Na de Tweede Wereldoorlog deed de neergang van de scheepvaart in de haven van Red Hook en van de industrie rond New York City grote industrieën vertrekken en veranderde de levendigheid van de industrie in Gowanus. In de late jaren 1940 werd de buurt de site van verschillende NYCHA-woningbouwprojecten, die deels werden gebouwd om terugkerende WO II-veteranen te huisvesten.
Het water en een groot deel van het land langs de oevers van het Gowanus Canal zijn ernstig vervuild door gecombineerde riooloverstorten (CSO’s) langs het kanaal die zijn ontworpen om rioolwater en stormwater af te voeren wanneer de rioolzuiveringsinstallatie wordt overweldigd, evenals door tientallen jaren van industrieel gebruik en uitgebreide productie van steenkoolgas tijdens de late 19e eeuw. Het Gowanus Canal was ook een vermeende dumpplaats voor de maffia. Desondanks werd in het begin van de jaren 1980 naast het kanaal een oude 19e-eeuwse munitiefabriek aan 230 3rd Street in Gowanus de plaats van het enorme Gowanus Memorial Artyard, waarvan de resten nog steeds zichtbaar zijn. Na decennia van industriële vervuiling in combinatie met rioolwatervervuiling heeft de Environmental Protection Agency het Gowanus Canal in 2010 aangewezen als Superfund-locatie en 506 miljoen dollar uitgetrokken voor de sanering. De voltooiingsdatum voor de sanering is vastgesteld op 2022.