Самое первое письменное упоминание о посещении океана относится к IV веку до н. э. , когда греческий путешественник Пифей из Массилии совершил плавание в страну Туле, которая, вероятнее всего, находилась далеко за Северным полярным кругом, так как в день летнего солнцестояния солнце там светило всю ночь. Некоторые учёные полагают, что страна Tулe — это Исландия. В V веке ирландские монахи обследовали Фарерские острова и Исландию. А в IX веке первый скандинавский мореплаватель Оттар из Холугаланда совершил плавание на восток и достиг Белого моря В 986 году викинги основали поселения в Гренландии, в XI веке они достигли Шпицбергена и Новой Земли, а в XIII веке Канадской Арктики. В 1553 году английский мореплаватель Ричард Ченслер обогнул мыс Нордкин и достиг того места, где ныне расположен Архангельск. В 1556 году Стивен Барроу из Московской компании добрался до Новой Земли. Голландский мореплаватель и исследователь Виллем Баренц в 1594—1596 годах совершил три арктические экспедиции, целью которых был поиск северного морского пути в Ост-Индию, и трагически погиб у Новой Земли. Северные районы Евразии исследовались состоявшими на российской службе русскими или иностранными исследователями. В XI веке русские рыбаки и земледельцы вышли к берегам Белого моря, а в XV—XVI веках торговцы пушниной проникли в Зауралье и завладели землями, уже освоенными и заселёнными охотниками, рыбаками и оленеводами. С XVIII века Россия стала проводить интенсивные научные исследования в Сибири и на Дальнем Востоке, в результате которых стали известны многие подробности очертания Северного Ледовитого океана [23]. В 1641—1647 годы казак С. И. Дежнёв исследовал побережье Северной Азии от устья реки Колымы до самой восточной точки материка (теперь мыс Дежнёва) . В 1648 году Дежнёв обнаружил пролив между Азией и Америкой, позднее названный Беринговым проливом (пролив был открыт повторно в 1728 году В. Берингом) . Эти открытия послужили поводом для организации Великой Северной экспедиции, которая в 1733—1743 годах должна была найти кратчайший путь из Белого в Берингово море. Во время этой экспедиции в 1742 году С. И. Челюскин открыл самую северную точку Азии Северо-Восточный проход в 1878—1879 годах первым шведский исследователь барон А. Э. Норденшельд на корабле «Вега» . В поисках северо-западного прохода в 1576 году Мартин Фробишер высадился на Баффинову Землю (открытую задолго до этого скандинавами) . В августе 1585 года Джон Девис пересек пролив (который теперь носит его имя) и описал восточный берег полуострова Камберленд. Позднее, во время двух последующих плаваний, он достиг 72°12' с. ш. , но не смог добраться до залива Мелвилла. В 1610 году Генри Гудзон на корабле «Дискавери» достиг залива, который теперь носит его имя. В 1616 году Роберт Байлот на «Дискавери» пересёк всё море Баффина в северном направлении и добрался до пролива Смита между островом Элсмир и Гренландией. В исследованиях со стороны Северной Америки большой вклад внесла компания «Гудзон-Бей» . В 1771 году Самюэль Хирн дошёл до устья реки Коппермайн, а в 1789 году Александр Макензи добрался до устья реки, позднее названной его именем. В 1845 году экспедиция Джона Франклина на двух кораблях «Эребус» и «Террор» отправилась в воды Американской Арктики, попала в ледяную ловушку в проливе Виктория и погибла. Многочисленные экспедиции, направлявшиеся на поиски Франклина в течение 15 лет, уточнили очертания целого ряда участков морского побережья в районе Канадского Арктического архипелага и подтвердили реальность существования Северо-Западного прохода
