En 1908, les Hollandais ont le contrôle total de l'île et l'intègrent aux Indes Orientales Néerlandaises.
Une politique éthique est instaurée, censée atténuer l'impact colonialiste: Les rajas sont rétablis comme gardiens des rites et traditions. Des hôpitaux se construisent, certains royaumes retrouvent une autonomie politique, l'esclavage est aboli.
Néanmoins, les travaux forcés (kerja rodi) persisteront et serviront au développement du réseau routier et du système d'irrigation.
Bali s'ouvre doucement au tourisme dès 1924 avec l'ouverture d'une liaison maritime avec Singapour.
Les 1ers voyageurs fortunés décrivent l'île des Dieux comme un paradis.
En 1936, un couple d'Américains construisent le Kuta Beach Hôtel qui sera détruit pendant la guerre.
Ubud devient le cœur du centre artistique avec Walter Spies, Rudolf Bonnet...
Un réseau politique se développe entre les îles de l'archipel et une langue commune, le malais, est choisi pour les échanges commerciaux de toute l'Asie du Sud-Est. Une mouvance nationaliste émerge. En 1928, des étudiants attribuent comme langue commune de leur future nation «le bahasa indonesia»
De 1942 à 1945 les Japonais occupent l'île.
Des mouvements nationalistes, anticolonialistes se créent face aux exactions japonaises et au colonialisme néerlandais.
Le 17 août 1945, après la capitulation japonaise, Sukarno, membre du parti nationaliste, proclame l'indépendance de l'Indonésie. Les Hollandais tenteront de reprendre le contrôle de leur colonie en vain: quatre années de résistance balinaise et un nouveau puputan aboutiront à la proclamation de
l'indépendance en 1949 par Sukarno.