Πρώτοι κάτοικοι της Αστυπάλαιας φαίνεται ότι ήταν οι Κάρες, οι οποίοι την αποκαλούσαν Πύρρα (πιθανώς από το κόκκινο χρώμα του εδάφους της). Κατά τη Μινωική εποχή μάλλον αποικήθηκε από τους Κρήτες, ενώ αργότερα βρέθηκαν εδώ Μεγαρείς.

Κατά την Κλασική εποχή, σύμφωνα με αναφορές σε κείμενα αρχαίων συγγραφέων, η Αστυπάλαια φαίνεται ότι ακμάζει και διαθέτει αρκετούς ναούς, θέατρο και δημόσια κτίρια η θέση των οποίων δεν έχει ακόμα αποκαλυφθεί. Η ανακάλυψη ενός πολύ μεγάλου Βρεφικού Νεκροταφείου έρχεται να ενισχύσει αυτές τις υποθέσεις.

Κατά τα βυζαντινά χρόνια η Αστυπάλαια ανήκει στο Θέμα του Αιγαίου και θα υποφέρει όπως και τα περισσότερα νησιά από πειρατικές επιδρομές που θα οδηγήσουν σε σταδιακή ερήμωση. Το 1207 η Αστυπάλαια μετά από απόφαση του Μάρκου Σανούδου, ηγεμόνα του Δουκάτου της Νάξου, θα παραχωρηθεί στην οικογένεια Κουιρίνι. Οι Ενετοί Κουιρίνι θα οχυρώσουν το νησί χτίζοντας το Ενετικό Κάστρο που θα προσφέρει μια σχετική προστασία από τους πειρατές.

Το 1537 μετά από τις επιδρομές του διαβόητου Μπαρμπαρόσα η Αστυπάλαια περνάει στα χέρια της Οθωμανικής Αυτοκρατορίας. Αν και θα ξεσηκωθεί με την υπόλοιπη Ελλάδα το 1821 η Αστυπάλαια δεν θα κατορθώσει να ενσωματωθεί το 1830 στο νεοσύστατο ελληνικό κράτος και παραμένει υπό τουρκική κατοχή μέχρι το 1912, όταν και θα την καταλάβουν οι Ιταλοί μαζί με τα υπόλοιπα Δωδεκάνησα. Η πολυπόθητη ένωση με την Ελλάδα θα έρθει τελικά το 1948.