23 августа 1443 года король Кристофер Баварский разрешил основать в Айлостенниеми монастырь ордена святой Бригитты и город, который должен был обслуживать монахов, монахинь и паломников. Монастырь освятили в 1462 году, а большую каменную церковь строили в 1460-1480-х. Одним из известных обитателей был Йёнс Будде, переводчик религиозных текстов и один из первых писателей, связанных с Финляндией. Реформация прекратила монастырскую жизнь в 1544 году. Город потерял прежний поток паломников, однако церковь продолжила действовать как лютеранский храм, а небольшое поселение сохранилось благодаря ремёслам, торговле и морю. Новый подъём начался в XIX веке: в 1863 году открылась водолечебница, и Наантали стал курортом. Старые дома приспосабливались под комнаты для летних гостей, формируя нынешний деревянный центр. В 1916 году завершили гранитную виллу Култаранта, созданную Ларсом Сонком для Альфреда Корделина; с 1922 года усадьба служит летней резиденцией президента. Промышленный порт и нефтепереработка изменили экономику XX века, не уничтожив историческое ядро. В 1993 году открылся «Муми-мир». Муниципальные объединения 2009 года включили Меримаску, Рюмяттюля и Велкуа, превратив Наантали в большой архипелажный город.