Заимствованным словам вообще требуется время для того, чтобы проявить себя в языке-реципиенте, и в процессе этого «обустройства» мы всегда будем наблюдать эволюцию, как, например, со словом интернет.
Легко предположить, что первоначально в английском языке существовали по отдельности on и line — на линии. Позже, по-видимому, появилось сочетание с дефисом, призванное обозначить активное состояние участников коммуникации. Именно в таком виде и значении оно пришло к нам.
В период заимствования и фиксации (это 2003 год, когда в словарях иностранных слов стало появляться это сочетание) словари в большинстве своем рекомендовали в качестве нормы написание через дефис, хотя некоторые давали и вариант онлайн.
Позже в русском языке для этого сочетания сыграли роль два фактора.
Первый — появление у сочетания он-лайн наречной природы: быть он-лайн — это уже не быть на линии, а быть в определенном статусе — статусе онлайн. Когда сочетание тяготеет к наречному выражению, спаянность его частей становится сильнее, за счет чего дефис вытесняется.
Второй фактор — появление сочетаний ряда онлайн-конференция, онлайн-игра и так далее. Конечно, мы не можем писать он-лайн-конференция и он-лайн-игра.
Несмотря на то, что словари не поспевают за языковой динамикой — особенно в части заимствований — и нам не на что сослаться, кое-какие выводы всё-таки уже можно делать. Не приходится утверждать, что он-лайн — грубейшая ошибка, а онлайн — строгая норма, но все же наблюдение показывает, что онлайн — более уместный, удобный и уже прижившийся вариант.