WOI-TV nahm am 21. Februar 1950 den Sendebetrieb auf. Es war der zweite Fernsehsender in Iowa (nach WOC-TV, dem heutigen KWQC-TV, in Davenport) und der erste in der Region Des Moines. Ursprünglich auf Kanal 4, wechselte er 1952 auf Kanal 5. In den ersten Jahren des Senders wurden Programme von ABC, CBS, NBC und dem DuMont Network ausgestrahlt, wobei der Sender in erster Linie mit CBS verbunden war. NBC verschwand aus dem Programm, als WHO-TV (Kanal 13) 1954 dazukam, und CBS verschwand, als KRNT-TV (Kanal 8, jetzt KCCI) 1955 dazukam, da KRNT-Radio seit langem mit CBS-Radio verbunden war, so dass Kanal 5 eine exklusive ABC-Tochtergesellschaft blieb. In den späten 1950er Jahren war der Sender auch kurzzeitig mit dem NTA Film Network verbunden.
WOI-TV gehörte ursprünglich der Iowa State University in Ames zusammen mit ihren nichtkommerziellen WOI-Radiosendern (AM 640 und FM 90.1) und war damit der erste kommerzielle Fernsehsender in den Vereinigten Staaten, der einer großen Universität gehörte (heute sind nur zwei kommerzielle Fernsehsender im Besitz öffentlicher Universitäten: KOMU-TV in Columbia, Missouri, und WVUA-CD/WVUA in Tuscaloosa, Alabama). Als solcher sendete er von Anfang an einige Bildungsprogramme, bis die öffentlichen Schulen von Des Moines 1959 KDPS-TV (Kanal 11, heute KDIN-TV) unter Vertrag nahmen. Die Anlaufkosten für WOI-TV wurden von den restlichen Geldern eines Bundeszuschusses bezahlt, der der Universität für ihre Arbeit am Manhattan-Projekt gewährt worden war. Die Einrichtungen von WOI wurden von der Universität genutzt, um Vorlesungen per Satellit zu übertragen.
Am 17. Juni 1992 stimmte das Board of Regents von Iowa für den Verkauf von WOI-TV an die Capital Communications Company, ein Joint Venture zwischen Citadel Communications (nicht verwandt mit dem Eigentümer des Radiosenders Citadel Broadcasting) und der Lynch Corporation aus Connecticut, für 14 Millionen Dollar. Das Board of Regents sah sich sofort mit einer Klage konfrontiert, die von „Iowans for WOI-TV, Inc.“ eingereicht wurde, die sich gegen den Verkauf aussprachen und argumentierten, der Sender sei ein Gewinn für die Universität. Am 1. März 1994 wurde WOI-TV schließlich verkauft, während die Universität die WOI-Radiosender behielt. Noch im selben Jahr verlegte Capital die Studios von WOI-TV an einen vorübergehenden Standort in Des Moines. Im Jahr 1998 zog WOI-TV in seine heutigen Studios um.
WOI-TV war die Heimat von Amerikas am längsten laufender lokaler Kindersendung, The Magic Window. Die Sendung lief ununterbrochen von 1951 bis 1994. Die ursprüngliche Moderatorin (1951-1953) war Joy (Ringham) Munn. Der Produzent Dick Hartzell (Ford Foundation Experimental Programming Development) hatte zwei kleine Kinder und war besorgt über den Mangel an guten Kindersendungen. Hartzell bat Joy, ihm bei der Planung eines Bastelteils für ein neues Programm zu helfen, und besetzte sie bald als Moderatorin von The Magic Window. Später wurde die Sendung die letzten 40 Jahre von Betty Lou Varnum moderiert.
Im August 2011 produzierte der Komiker Stephen Colbert über seinen „Colbert Super PAC“ eine Reihe politischer Fernsehspots, die in Iowa liefen und die Bürger von Iowa dazu aufforderten, bei der Strohhalmumfrage 2011 in Ames für den texanischen Gouverneur Rick Perry zu stimmen, um die republikanischen Kandidaten für die Präsidentschaftswahlen 2012 zu wählen. In den Werbespots wurden die Wähler aufgefordert, ihre Stimme für einen Kandidaten abzugeben, indem sie Perrys Nachnamen „PArry“ buchstabieren, „mit einem ‚A‘ für IowA und Amerika“. Somit wäre „Rick PArry“ ein fiktiver Kandidat. Sowohl KCCI als auch WHO stimmten der Ausstrahlung der Spots zu, WOI hingegen nicht, da sie die Spots als „verwirrend für die Zuschauer“ ansahen. Colbert reagierte darauf, indem er den Sender in der Folge vom 11. August seiner Comedy Central Show The Colbert Report im nationalen Fernsehen anprangerte und behauptete, dass die Führungskräfte des Senders „in ihren elfenbeinernen Maissilos sitzen und mit der nationalen Politik Puppenspieler spielen“. In der Folge vom 15. August entschuldigte sich Colbert bei WOI-Geschäftsführer/Citadel-Präsident Ray Cole für seine Tirade. Er forderte den Sender, den er während der ganzen Geschichte sarkastisch als „Des Moines‘ News Leader“ bezeichnete, auf, die genaue Anzahl der Briefwahlstimmen für „Rick PArry“ bei der Strohhalm-Abstimmung herauszufinden, und forderte das gesamte Wochenend-Moderatorenteam und die unerschrockene Nachwuchsreporterin Katie Eastman auf, dies zu tun. GOP-Beamte haben diese Informationen nicht veröffentlicht und haben auch nicht die Absicht, dies zu tun. Nach Angaben der Federal Elections Commission spendete WOI-DT später 1170 Dollar an den Colbert Super PAC.
Am 16. September 2013 gab Citadel bekannt, dass es WOI-DT zusammen mit KCAU-TV in Sioux City und WHBF-TV in Rock Island, Illinois, für 88 Millionen Dollar an die Nexstar Broadcasting Group verkaufen würde. Nexstar übernahm sofort den Betrieb des Senders im Rahmen eines Zeitmaklervertrags. Das Geschäft folgte auf die Entscheidung von Citadel-Gründer und CEO Phil Lombardo, „langsamer zu machen“, sowie auf den Wunsch von Lynch Entertainment, sich von seinen Beteiligungen an WOI und WHBF zu trennen. Der Verkauf wurde am 13. März 2014 abgeschlossen. Durch den Verkauf wurde WOI mit zwei seiner ehemaligen Citadel-Schwesterstationen, WIVT in Binghamton, New York, und WVNY in Burlington, Vermont, wiedervereint. Am 4. November 2014 gab Nexstar dann bekannt, dass es auch den CW-Sender KCWI von Pappas Telecasting für 3,5 Millionen Dollar kaufen würde. Der Verkauf wurde am 14. März 2016 abgeschlossen, wobei Nexstar kurz darauf ankündigte, dass KCWI seine Studios in der Innenstadt von Des Moines verlassen und den Betrieb mit WOI am Westown Parkway zusammenlegen würde.
Am 5. Januar 2015 wurde WOI als Local 5 neu gestartet. Die Änderung erfolgte im Rahmen der Investitionen von Nexstar in den Sender, die eine Aufrüstung der Studioausrüstung und die Einführung eines neuen Nachrichtenstudios mit Touchscreen-Display umfassten. Der Sender hat auch seine Morgennachrichten unter dem Namen Good Morning Iowa neu eingeführt und wird einen größeren Schwerpunkt auf die politische Berichterstattung und die Frage legen, wie wichtig die Geschichten für die Zuschauer sind, als Teil der Gesamtberichterstattung. Eine Woche später stellte der Sender seinen zweiten Unterkanal ein, auf dem das marode Live Well Network ausgestrahlt wurde, ohne Ersatzprogramm bis August 2016, als Laff auf dem Sendeplatz startete.
Am 3. Dezember 2018 gab Nexstar bekannt, dass es die Vermögenswerte des in Chicago ansässigen Unternehmens Tribune Media – das seit Dezember 2013 Eigentümer des NBC-Tochterunternehmens WHO-DT (Kanal 13) ist – für 6,4 Milliarden US-Dollar in bar und mit Schulden erwerben würde. Nexstar kann WHO-DT weder direkt noch indirekt erwerben, da die FCC-Vorschriften den gemeinsamen Besitz von mehr als zwei Sendern im selben Medienmarkt oder von zwei oder mehr der vier Sender mit den höchsten Einschaltquoten in einem Markt verbieten. (Darüber hinaus kann jeder Versuch von Nexstar, den Betrieb von WHO-DT durch lokale Marketing- oder Shared-Services-Vereinbarungen zu übernehmen, regulatorischen Hürden unterliegen, die den Abschluss des Prüfungs- und Genehmigungsverfahrens für die Übernahme durch die FCC und das Justizministerium verzögern könnten). Nexstar wird daher entweder WHO-DT oder WOI-DT an ein separates, unabhängiges Unternehmen verkaufen müssen, um den Eigentümerkonflikt zu lösen. (Da KCWI bei der Gesamtzuschauerzahl nicht zu den vier größten Sendern gehört und daher nicht mit den bestehenden FCC-Besitzregeln für den Markt kollidiert, kann dieser Sender optional von Nexstar beibehalten werden, unabhängig davon, ob es sich dafür entscheidet, WOI zu behalten oder WOI zu verkaufen, um WHO zu erwerben, oder ob er, sollte er veräußert werden, an den potenziellen Käufer von WOI verkauft wird.)
Am 20. März 2019 gab das in McLean, Virginia, ansässige Unternehmen Tegna Inc. bekannt, dass es WOI und KCWI von Nexstar nach Vollzug der Fusion als Teil des Verkaufs von neunzehn von Nexstar und Tribune betriebenen Sendern an Tegna und die E. W. Scripps Company in getrennten Geschäften im Wert von 1.Das WOI/KCWI-Duopol würde zusammen mit dem Schwestersender WQAD-TV aus Moline, Illinois (den Nexstar im Namen von Tribune ebenfalls an Tegna veräußern will), die ersten Fernsehsender von Tegna in Iowa darstellen. Der Verkauf wurde am 19. September 2019 abgeschlossen. Am 20. Februar 2020 wurde David Loving zum neuen General Manager ernannt und wird seine Aufgaben am 2. März 2020 übernehmen.