Un premier phare détruit pendant la Seconde Guerre mondiale
Le premier Grand Phare de l'ile de Sein (Goulenez en breton) est construit en granit rose et allumé le 15 mai 1839 au sommet d'une tour cylindrique en maçonnerie sur soubassement de 43 m de hauteur.
À l'époque, c'est grâce à l'huile de colza qu'il fonctionne. Il est construit par l'entrepreneur morlaisien Michel Piquemard, sous la responsabilité de l'ingénieur de Kermel. Le haut du phare est peint en noir sur une hauteur de 12 m en 1876.
En 1896 est construite une usine de fabrication de gaz d'huile. À partir de 1911, le Grand Phare de l'ile de Sein reçoit son indicatif radio (il fait partie des premiers phares de la côte française à le recevoir).
Ces radio-phares créés par André Blondel balisaient l'entrée du port de Brest. Le radio-phare sur le phare de l'ile de Sein avait l'indicatif radio S. Il travaillait sur la longueur d'onde de 150 m (2MHz) (comme le phare du Stiff sur l'île d'Ouessant qui avait l'indicatif radio O) par émetteur à ondes amorties.
En 1932, la centrale électrique voit le jour avec 3 groupes électrogènes qui fournissent l'électricité nécessaire pour la vie des résidents de l'île et pour la lanterne. En 1935, deux pylônes de 42 m de haut voient le jour pour supporter les antennes du radio-phare et du poste de radiotéléphonie. Ils seront démontés en 2006. Fin décembre 1935, le 15 exactement, le feu est électrifié.
Le 4 août 1944, le phare est détruit à la dynamite par les Allemands lors de leur départ. L'optique avait déjà été démontée sous l'occupation, les Allemands ayant pris possession des lieux en 1940.
En août 1946, le Général de Gaulle venu remettre la Croix de la Libération à la commune de Sein repartira avec une pierre du phare détruit. Cette dernière servira de socle pour une sculpture à l'effigie du Général, sous les fenêtres de sa maison natale à Lille.
En juin 1945, un feu à gaz provisoire est allumé au sommet de l'un des deux pylônes métalliques et fonctionnera jusqu'à la mise en service d'un feu définitif sur le nouveau phare, dont la construction débuta en 1949. En 1946, il est néanmoins remplacé par un feu électrique.
Le Grand Phare de l'ile de Sein renait de ses cendres
Le nouveau Grand Phare de l'ile de Sein est reconstruit entre 1950 et 1951 sur les fondations de l'ancien phare. D'une hauteur totale de 50,90 m il possède une forme intérieure cylindrique de 3,50 m de diamètre, de la base jusqu'au sommet. À l'extérieur, sa construction est en forme de cône avec un diamètre de 6,25 m à la base et de 4,50 m au sommet. Un empâtement de 8.20 mètres de diamètre raccorde la tour avec le soubassement.
Le feu de 4 éclats blancs espacés de 25 secondes (Optique tournante de 4 panneaux au 1/8 de focale 0, 92 m sur cuve à mercure – 1952) a une portée de 27,5 milles (environ 51 km). La lampe d'une puissance de 400 W est changée tous les deux ans au mois de septembre.
Pour accéder à la lanterne, un escalier en béton armé de 249 marches est installé. Le bâtiment privatif est agrandi pour disposer de logements plus vastes, d'ateliers et de locaux techniques.
Un autoclave de désalinisation d'eau de mer, installé à l'origine dans l'enceinte du Phare fournit l'eau douce aux iliens (aujourd'hui, ça se situe dans le bâtiment de l'ancienne écloserie à homards). La centrale électrique qui fournit le courant de l'île est installée dans le phare.
C'est grâce à cette particularité qu'il y a eu des gardiens de phare pendant aussi longtemps sur l'ile de Sein puisque les plus proches agents EDF se situent à Douarnenez.
Les derniers gardiens de phare, Jacques Crenn et Michel Rozenn ont quitté leur poste le 23 décembre 2015, malgré l'automatisation du Grand Phare de l'Ile de Sein 15 ans auparavant. Modernisé en janvier 2016 et équipé d'un feu de secours en cas de panne, il est télécontrôlé depuis Brest et Ouessant.