WOI-TV entró en antena el 21 de febrero de 1950. Fue la segunda estación de televisión de Iowa (después de WOC-TV, ahora KWQC-TV, en Davenport), y la primera en el área de Des Moines. Inicialmente en el canal 4, se trasladó al canal 5 en 1952. La programación procedía de la ABC, la CBS, la NBC y la red DuMont durante los primeros años de la emisora, pero era una filial principal de la CBS. La NBC desapareció de la programación cuando la OMS-TV (canal 13) se incorporó en 1954, y la CBS desapareció cuando la KRNT-TV (canal 8, ahora KCCI) se incorporó en 1955 debido a la larga afiliación de la radio KRNT con la CBS, dejando el canal 5 como afiliado exclusivo de la ABC. Durante los últimos años de la década de 1950, la emisora también estuvo brevemente afiliada a la NTA Film Network.
WOI-TV fue originalmente propiedad de la Universidad Estatal de Iowa en Ames junto con sus emisoras de radio no comerciales WOI (AM 640 y FM 90.1), lo que la convirtió en la primera emisora de televisión comercial de Estados Unidos propiedad de una universidad importante (hoy en día, sólo dos emisoras de televisión comerciales son propiedad de universidades públicas: KOMU-TV en Columbia, Missouri y WVUA-CD/WVUA en Tuscaloosa, Alabama). Como tal, llevó a cabo una programación educativa desde su inicio hasta que las Escuelas Públicas de Des Moines contrataron KDPS-TV (canal 11, ahora KDIN-TV) en 1959. Los costes de puesta en marcha de la WOI-TV se pagaron con el dinero restante de una subvención federal concedida a la universidad por su trabajo en el Proyecto Manhattan. El 17 de junio de 1992, la Junta de Regentes de Iowa votó a favor de la venta de WOI-TV a Capital Communications Company, una empresa conjunta entre Citadel Communications (no relacionada con la propietaria de la emisora de radio, Citadel Broadcasting) y Lynch Corporation, de Connecticut, por 14 millones de dólares. La Junta de Regentes se enfrentó inmediatamente a una demanda presentada por «Iowans for WOI-TV, Inc.» que se oponía a la venta y argumentaba que la emisora era un beneficio para la universidad. El 1 de marzo de 1994, WOI-TV fue finalmente vendida, mientras que la universidad mantuvo las emisoras de radio WOI. Ese mismo año, Capital trasladó los estudios de WOI-TV a una ubicación temporal en Des Moines. En 1998, WOI-TV se trasladó a sus estudios actuales.
WOI-TV fue el hogar del programa infantil local de mayor duración de Estados Unidos, La ventana mágica. El programa se emitió ininterrumpidamente desde 1951 hasta 1994. La presentadora original (1951-1953) era Joy (Ringham) Munn. El productor Dick Hartzell (Desarrollo de Programación Experimental de la Fundación Ford) tenía dos hijos pequeños y estaba preocupado por la falta de buenos programas para niños. Hartzell pidió a Joy que le ayudara a planificar una sección de manualidades para un nuevo programa, y pronto la eligió como presentadora de La ventana mágica. Más tarde, la presentadora fue Betty Lou Varnum durante los últimos 40 de esos años.
En agosto de 2011, el cómico Stephen Colbert produjo una serie de anuncios políticos de televisión a través de su «Colbert Super PAC» para que se emitieran en Iowa, animando a los habitantes de ese estado a votar por el gobernador de Texas, Rick Perry, en la encuesta Ames Straw Poll de 2011 para los candidatos republicanos a las elecciones presidenciales de 2012. Los anuncios pedían a los votantes que presentaran el voto para un candidato por escrito deletreando el apellido de Perry «PArry», «con una ‘A’ de IowA y América». Así, «Rick PArry» sería un candidato ficticio. Tanto KCCI como WHO aprobaron la emisión de los anuncios, mientras que WOI no lo hizo, al considerar que los anuncios eran «confusos para los espectadores». Colbert respondió llamando a la emisora en la televisión nacional en el episodio del 11 de agosto de su programa de Comedy Central The Colbert Report, afirmando que los ejecutivos de la emisora «se sientan en sus silos de maíz de marfil y juegan a ser titiriteros con la política nacional». En el episodio del 15 de agosto, Colbert se disculpó con el director general de la WOI y presidente de la ciudadela, Ray Cole, por sus declaraciones. Continuó desafiando a la emisora, a la que llamó sarcásticamente «líder de las noticias de Des Moines» durante toda la saga, para que averiguara el número exacto de votos por escrito a favor de «Rick PArry» en la encuesta de paja y pidió a todo el equipo de presentadores de la noche y a la intrépida reportera Katie Eastman que lo hicieran. Los funcionarios del GOP no han hecho pública esa información y no tienen intención de hacerlo. Según los archivos de la Comisión Federal de Elecciones, WOI-DT donó más tarde 1170 dólares al Super PAC de Colbert.
El 16 de septiembre de 2013, Citadel anunció que vendería WOI-DT, junto con KCAU-TV en Sioux City y WHBF-TV en Rock Island, Illinois, a Nexstar Broadcasting Group por 88 millones de dólares. Nexstar se hizo cargo inmediatamente de las operaciones de la emisora a través de un acuerdo de intermediación temporal. La operación se produjo tras la decisión del fundador y director general de Citadel, Phil Lombardo, de «bajar el ritmo», así como por el deseo de Lynch Entertainment de desprenderse de sus inversiones en WOI y WHBF. La venta se completó el 13 de marzo de 2014. El acuerdo reunió a WOI con dos de sus antiguas emisoras hermanas de Citadel, WIVT en Binghamton, Nueva York y WVNY en Burlington, Vermont. A continuación, Nexstar anunció el 4 de noviembre de 2014 que también compraría la filial de CW KCWI a Pappas Telecasting por 3,5 millones de dólares. La venta se concretó el 14 de marzo de 2016, y Nexstar anunció poco después que KCWI dejaría sus estudios del centro de Des Moines y consolidaría sus operaciones con WOI en Westown Parkway.
El 5 de enero de 2015, WOI se relanzó como Local 5. El cambio se produjo como parte de las inversiones en la estación por parte de Nexstar, que vio mejoras en el equipo de estudio de la estación y la introducción de un nuevo estudio de noticias con una pantalla táctil. La emisora también relanzó sus noticias matutinas como Good Morning Iowa, y pondrá un mayor énfasis en la cobertura política y en cómo las historias «importan» a los espectadores como parte de su cobertura general. Una semana más tarde, la emisora se llevó su segundo subcanal, que transportaba el moribundo Live Well Network, a oscuras, sin programación de reemplazo hasta agosto de 2016, cuando Laff se lanzó en la ranura.
El 3 de diciembre de 2018, Nexstar anunció que adquiriría los activos de Tribune Media, con sede en Chicago -que ha sido propietaria de la filial de NBC WHO-DT (canal 13) desde diciembre de 2013- por 6.400 millones de dólares en efectivo y deuda. Nexstar no puede adquirir WHO-DT directa o indirectamente, ya que la normativa de la FCC prohíbe la propiedad común de más de dos emisoras en el mismo mercado de medios, o de dos o más de las cuatro emisoras de mayor audiencia del mercado. (Además, cualquier intento de Nexstar de asumir las operaciones de WHO-DT a través de acuerdos de comercialización local o de servicios compartidos puede estar sujeto a obstáculos reglamentarios que podrían retrasar la finalización del proceso de revisión y aprobación de la adquisición por parte de la FCC y el Departamento de Justicia). Por lo tanto, Nexstar deberá vender WHO-DT o WOI-DT a una empresa independiente y no relacionada para resolver el conflicto de propiedad. (Como KCWI no se encuentra entre los cuatro primeros en audiencia total de día y, por lo tanto, no está en conflicto con las normas de propiedad existentes de la FCC en el mercado, esa estación opcionalmente puede ser retenida por Nexstar, independientemente de si elige mantener la propiedad de WOI o vender WOI para adquirir WHO o, en caso de desprenderse, ser vendida al posible comprador de WOI.)
El 20 de marzo de 2019, Tegna Inc. con sede en McLean, Virginia. anunció que compraría WOI y KCWI de Nexstar al consumarse la fusión, como parte de la venta de la compañía de diecinueve estaciones operadas por Nexstar y Tribune a Tegna y E. W. Scripps Company en acuerdos separados por valor de 1.El duopolio WOI/KCWI, junto con la emisora hermana de Moline, Illinois, WQAD-TV (que Nexstar, en nombre de Tribune, también planea ceder a Tegna como parte de la escisión), serían las primeras propiedades televisivas de Tegna en Iowa. La venta se completó el 19 de septiembre de 2019. El 20 de febrero de 2020, David Loving fue nombrado nuevo director general y asumirá sus funciones el 2 de marzo de 2020.