A pesar de que la principal tarea de Claudio Gay durante su estancia Chile fue la recopilación de datos en torno a la geografía, mineralogía, botánica y zoología del territorio nacional, años después de haber comenzado su viaje científico, llamó su atención la necesidad de redactar una historia de Chile.

Desde su primer año de trabajo, Gay recibió -como parte de los insumos entregados por el gobierno- el archivo de la imprenta oficial que contenía los principales periódicos publicados durante el siglo XIX en Chile. Además, su relación de amistad con Andrés Bello (1781-1865) le facilitó el contacto con intelectuales chilenos, quienes poseían sus propios archivos y bibliotecas. Claudio Gay llegó a recopilar cerca de quince manuscritos de diferentes autores sobre la historia del país, además de realizar entrevistas y mantener conversaciones personales con personas que participaron del proceso de la independencia (González Pizarro, José A. "Claudio Gay y la historiografía chilena. El contexto histórico-cultural en la formación de una concepción historiográfica". Caravelle. Número 55, 1990, p. 83-104).

Tras nueve años de trabajo científico y haber mostrado sus aptitudes como investigador y escritor al publicar sus avances en el periódico El Araucano, fue contactado en 1839 por el entonces Ministro de Instrucción Pública Mariano Egaña (1793-1846), quien coincidió con Gay en la necesidad de publicar una historia de Chile al estilo de las historias enciclopédicas de países europeos, que por ese entonces se publicaban en las principales capitales de ese continente y que eran utilizadas para la enseñanza escolar (González Pizarro, p. 86-88).

Egaña financió el viaje de Gay a Lima con el fin de recopilar en los archivos peruanos la mayor cantidad posible de documentos e información relevante para la redacción de su obra. Allí se entrevistó con Bernardo O´Higgins (1778-1842), lo que le permitió tener su versión sobre la historia independentista de manera directa.

El trabajo de Gay sumó a los dieciséis tomos de la historia natural y a los dos tomos sobre agricultura en los que ya trabajaba, otros ocho tomos acerca de la historia de Chile, desde el periodo de la conquista -incluyendo reseñas de los pueblos originarios del territorio- hasta los años de la República Conservadora.

La metodología utilizada por Claudio Gay se basó en las ideas expuestas por François-Marie Arouet (Voltaire) (1694-1778) en el siglo XVIII, es decir, la recopilación exhaustiva de documentos y relatos orales para su utilización como fuentes directas, su análisis crítico, comparaciones recurrentes con la situación y contextos europeos y posterior exposición narrativa de los hechos históricos. En ese sentido, Gay adaptó el método científico de las ciencias naturales a la escritura de la historia, proceso en que fue asesorado de cerca por Andrés Bello, alejándose de la corriente subjetivista y de los filósofos de la historia en boga (Saldivia, Zenobio. La ciencia en el Chile decimonónico. Santiago: Universidad Tecnológica Metropolitana, 2005, 148-151).

Cuando en 1844 se publicó en Chile el prospecto y primer volumen de la Historia de Chile de Gay, en las aulas del país se desató una polémica entre Andrés Bello y un joven José Victorino Lastarria (1817-1888). Lastarria comenzó la polémica en 1844, cuando Andrés Bello, rector de la Universidad de Chile, le solicitó presentar la primera memoria de la Facultad de Filosofía y Humanidades, con una exposición titulada Investigación sobre la influencia social de la Conquista y del sistema colonial de los españoles en Chile -publicada en el periódico El Araucano el 8 y 15 de noviembre de 1844- y, luego, en 1847, con la publicación de Bosquejo histórico de la constitución del gobierno de Chile.

El Bosquejo de Lastarria presentó críticas al estilo narrativo de hacer historia de sus profesores, pues consideraba que el pasado colonial debía ser impugnado por medio de una obra histórica que demostrara sus errores y resaltara los aciertos del presente. Por su parte, Bello defendió la visión positivista y cientificista de la historiografía; la puso al nivel del resto de las ciencias y usó el trabajo de Claudio Gay como ejemplo a seguir.

Dicha polémica terminó con el rechazo casi generalizado de las ideas de Lastarria, a quien, según Bello y otros intelectuales de la época, le habrían faltado argumentos y bagaje archivístico y recopilatorio para sustentar su tesis (Jaksic, Iván. El debate fundacional: los orígenes de la historiografía chilena. Santiago: Fondo de Cultura Económica, 2021, p. 30-40).

En el ámbito de los estudios históricos, se consolidó la visión indagatoria y detallada de la historia por sobre la imaginativa y filosófico-argumentativa que, según sus detractores, dejaba abierto el espacio para la especulación y la crítica anacrónica sin fundamentos, ya que la conformación del Estado-nación y de la identidad nacional como tal no podían estar a merced de "falsedades" y "conjeturas personales", sino bajo la certeza de los datos recopilados y constatados históricamente a través de las fuentes escritas (Dager Alva, Joseph. "El debate en torno al método historiográfico en el Chile del siglo XIX". Revista Complutense de Historia de América. Volumen 28, 2002, p. 97-138).

En lo que respecta al trabajo histórico de construcción de la identidad nacional, Claudio Gay puso énfasis en tres elementos: primero, la valentía, la valoración de la libertad y la tradición guerrera del pueblo Mapuche -características expresadas siglos antes en el poema épico La Araucana por Alonso de Ercilla (1533-1594), pero que Gay contrastó con sus propias observaciones-; segundo, la cultura, la lengua y las tradiciones introducidas por los conquistadores españoles; y, tercero, el carácter de epopeya y mito fundacional del proceso independentista, derivado principalmente de las batallas de Chacabuco y Maipú y la expedición libertadora del Perú.

Al mismo tiempo, Gay fue capaz en su obra de conjugar los aspectos naturales con los históricos, ya que según su visión el espacio natural y el desarrollo humano eran indivisibles, lo que significó que su trabajo de científico y naturalista fuese complementario al de historiador (González Pizarro, p. 92-94).

En las décadas posteriores, Gay continuó con la publicación de los ocho tomos de la Historia de Chile en los que se consolidó la visión historiográfica compartida con Andrés Bello. Dicha visión alcanzó validez y vigencia en la historiografía chilena con el trabajo de jóvenes historiadores como Diego Barros Arana (1830-1907), Benjamín Vicuña Mackenna (1831-1886), los hermanos Amunátegui y Valentín Letelier (1852-1919), entre otros.