Τα ευρήματα από τους προϊστορικούς οικισμούς της Κεφάλας και της Αγίας Ειρήνης φανερώνουν ότι η Κέα κατοικείται ήδη από την τέταρτη χιλιετία π.Χ. Ο πρώτος επίσημος οικιστής του νησιού θεωρείται ο Κέως, ο οποίος καταλαμβάνει το νησί επικεφαλής των Λοκρών και του δίνει το σημερινό του όνομα. Στο παρελθόν το νησί λεγόταν και Υδρούσα, ενώ επί τουρκοκρατίας αποκαλούταν Τζιά, ένα όνομα που έχει διατηρηθεί ως σήμερα.

Στα αρχαϊκά χρόνια (7ος αιώνας π.Χ. και αργότερα) στην Κέα ακμάζουν 4 ισχυρές πόλεις-κράτη. Η Ιουλίδα, η Καρθαία, η Κορησσία και η Ποιηέσσα. Κάθε μια από αυτές είχε ξεχωριστή σημασία, ενώ τα αρχαιολογικά ευρήματα κυρίως από την αρχαία Καρθαία μαρτυρούν τη δύναμή τους. Μετά την ελληνιστική εποχή το νησί παρακμάζει και απλά ακολουθεί τη μοίρα του υπόλοιπου ελλαδικού χώρου, περνώντας σταδιακά στα χέρια Βυζζαντινών, και Φράγκων για να καταλήξει στην Οθωμανική Αυτοκρατορία.

Άξιος αναφοράς είναι ο ρόλος της Κέας κατά τη διάρκεια του Ρωσοτουρκικού πολέμου (1787-1792). Ο ελληνικής καταγωγής Λάμπρος Κατσώνης που πολεμούσε υπό Ρωσική σημαία τους Τούρκους, είχε μετατρέψει την Κέα και το λιμάνι της σε βάση επιχειρήσεων. Μετά από μια σφοδρή ναυμαχία, ο τουρκικός στόλος εγκλώβισε τον Κατσώνη στο λιμάνι του Αγίου Νικολάου, όμως αυτός κατάφερε να διαφύγει κατά τη διάρκεια της νύχτας. Σύμφωνα με τις διηγήσεις αυτό το κατάφερε μεταφέροντας το πλοίο του πάνω από την ξηρά από την άλλη πλευρά του λιμανιού με τη βοήθεια των ντόπιων.

Η Κέα το 1821 συμμετέχει με τους υπόλοιπους Έλληνες στην επανάσταση εναντίον των Τούρκων και μαζί με τις υπόλοιπες Κυκλάδες ανήκει από την πρώτη στιγμή στο νεοσύστατο ελληνικό κράτος.