До основания Петербурга существовало финское название Киссансаари, что в переводе на русский означало «кошачий остров». На шведских картах оно впервые появляется в 1675 году. Русский вариант, то есть Кошачий остров, иногда употреблялся в начале XVIII века. Однако вскоре его вытеснило другое название — Батарейный остров. На территории, которая стала принадлежать Адмиралтейской коллегии, для защиты города со стороны залива была поставлена артиллерийская батарея. От этой батареи повелось и название некогда протекавшей к востоку от острова речки Батарейки, которую засыпали в 1885 году.

Современное название острова ведется с 1793 года. До 1882 года иногда употреблялся более правильный вариант — Канонирский остров. Слово «канонир» пришло в русский язык из французского,— так стали называть пушкарей. Долгое время, вплоть до 80-х годов XIX столетия, Канонирский остров был учебным полигоном для «обучения пальбе флотских пушкарей». После того, как засыпали речку Батарейку и проложили Морской канал, конфигурация острова сильно изменилась — он стал более вытянутым с севера на юг из-за того, что с обоих концов была намыта значительная территория, а восточная часть, отрезанная Морским каналом, оказалась в составе Гутуевского острова.

Изменилось и его назначение. Морской порт был перенесен на Гутуевский остров, на Канонирском острове стали возникать судоремонтные мастерские, а современный вариант произношения названия острова — Канонерский — окончательно вытеснил предыдущий.