Gegen Ende des 16. Jahrhunderts legten immer mehr niederländische Handelsschiffe dort an. 1619 nahm die Niederländische Ostindien-Kompanie unter Leitung von Generalgouverneur Jan Pieterszoon Coen (1587–1629) die Hafenstadt in Besitz und machte sie zu dessen Hauptsitz. Schon bald wurde sie nach dem Fort Batavia genannt und Hauptstadt der Kolonie Niederländisch-Indien. 1699 wurde die Stadt von einem Erdbeben zerstört.
Mit der Zeit lockte sie immer mehr unternehmungslustige Chinesen an, die sich bis zum Pogrom im Jahre 1740 als Bankiers, Kaufleute, Konstrukteure und Schiffsbauer hier niederließen und von denen viele zu Wohlstand kamen. Von Batavia aus kontrollierten die Niederlande Anfang des 18. Jahrhunderts bereits ganz Java, Teile Sumatras und die Gewürzinseln (Molukken). Allerdings breiteten sich in der rasch wachsenden, tropischen Hafenstadt auch Krankheiten und Seuchen aus.
Ein Mitreisender auf der Weltumsegelung des britischen Seefahrers James Cook (1728–1779) beschreibt das niederländische Batavia 1770:
„Es gibt in dieser Stadt wenig Straßen, durch welche man nicht einen ziemlich breiten Kanal geführt hätte; und außer diesen wird sie noch von fünf oder sechs Flüssen durchschnitten. Die Straßen sind durchgängig breit, und die Häuser groß; aus beiden Ursachen hat dieser Ort, nach Verhältnis der Zahl von Gebäuden, einen größeren Umfang, als irgend eine andere Stadt in Europa. … Die Kanäle, welche größtenteils ein stillstehendes, sehr verunreinigtes und faules Wasser enthalten, dünsten in der heißen Jahreszeit einen unausstehlichen Gestank aus, und die vielen Bäume hindern den freien Zufluss der Luft, wodurch jene schädlichen Ausdünstungen noch einigermaßen zerstreut werden könnten.
In der nassen Jahreszeit … schwillt das Wasser in diesen unreinen Kanälen dermaßen an, dass es aus seinen Ufern tritt und in den niedrigen Gegenden der Stadt die unteren Stockwerke überschwemmt. Ist es wieder abgelaufen, so findet man da, wo es stand, eine unglaubliche Menge von Schlamm und Kot. … Von hundert Soldaten, die von Europa hierher geschleppt werden, sollen, wie man uns versicherte, am Ende des ersten Jahres kaum noch fünfzig am Leben sein … In ganz Batavia ist uns nicht ein einziger Mensch vorgekommen, der recht frisch und gesund ausgesehen hätte.“
Die Bewohner, die es sich leisten konnten, siedelten sich außerhalb der Stadtmauern weiter im Süden an, wo das neue Batavia entstand. Im Jahre 1799 übernahm der niederländische Staat von der bankrotten Ostindien-Kompanie Batavia als Kolonie. Während der kurzen britischen Herrschaft zwischen 1811 und 1816 führte der Forscher Sir Thomas Stamford Raffles (1781–1826) eine Reihe progressiver Reformen durch, gründete den Botanischen Garten in Bogor und erforschte die Geschichte des Landes.
Im Laufe des 19. Jahrhunderts festigten die Niederlande von Batavia aus ihre ökonomische und politische Macht über den Archipel. Mit der Eröffnung des Sueskanals am 16. November 1869 verkürzten sich die Transportwege; das Handelsvolumen stieg, und immer mehr Europäer kamen nach Batavia. 1876 wurde ein neuer Hafen in Tanjung Priok gebaut. 1880 hatte Batavia 100.000 Einwohner, bis 1915 verdoppelte sich diese Zahl.
Im Jahre 1926 rief die Kommunistische Partei Indonesiens (PKI) zum revolutionären Befreiungskrieg auf. Die Erhebung scheiterte an der überlegenen niederländischen Kolonialmacht. Ein Jahr später nahm die nach der Zerschlagung der PKI von Achmed Sukarno (1901–1970) gegründete Partai Nasional Indonesia den Kampf gegen die Niederländer auf.
Während des Zweiten Weltkrieges begannen japanische Streitkräfte im Dezember 1941 ihren Angriff auf Indonesien. Im März 1942 besetzten sie Batavia und zwangen die Niederländer zur Kapitulation. Die über dreihundertjährige Zeit ihrer Kolonialherrschaft war vorüber. Die meisten Einwohner Jakartas begrüßten die Japaner als Befreier vom Joch der Europäer. Die Begeisterung verflog allerdings rasch, als die asiatischen Nachbarn ein Schreckens- und Willkürregime aufbauten. Die Herrschaft der Japaner endete mit ihrer Kapitulation am 15. August 1945.