Η Κέα κατοικείται από τα προϊστορικά χρόνια, όπως μαρτυρεί ο οχυρωμένος οικισμός της Αγίας Ειρήνης, ένα από τα σημαντικότερα κέντρα του Αιγαίου κατά την Εποχή του Χαλκού (3η–2η χιλιετία π.Χ.), με στενές σχέσεις με τη μινωική Κρήτη και τις Κυκλάδες. Το ιερό του με τα φυσικού μεγέθους γυναικεία πήλινα ειδώλια παραμένει μοναδικό στον ελληνικό χώρο.
Στην αρχαιότητα το νησί διαιρέθηκε σε τέσσερις πόλεις-κράτη — Ιουλίδα, Καρθαία, Κορησσία και Ποιήεσσα — που άκμασαν και συμμετείχαν στην Αθηναϊκή Συμμαχία. Η Κέα γέννησε σπουδαίες μορφές του πνεύματος: τους λυρικούς ποιητές Σιμωνίδη και Βακχυλίδη, τον σοφιστή Πρόδικο και τον γιατρό Εράσιστρατο. Στην περίοδο αυτή τοποθετείται και η λάξευση του θρυλικού Λέοντα.
Μετά τη ρωμαϊκή και τη βυζαντινή εποχή, κατά την οποία χτίστηκαν εκκλησίες όπως η Παναγία Επισκοπή, το νησί πέρασε στους Βενετούς μετά την Δ' Σταυροφορία (1204) και εντάχθηκε στη σφαίρα του Δουκάτου του Αιγαίου. Η Ιουλίδα οχυρώθηκε με μεσαιωνικό κάστρο πάνω στην αρχαία ακρόπολη, ενώ οι επιδρομές πειρατών σημάδεψαν τη ζωή στα παράλια.
Το νησί πέρασε στην Οθωμανική Αυτοκρατορία και τους επόμενους αιώνες ανέπτυξε ισχυρή ναυτική και εμπορική παράδοση, χάρη στη γειτνίασή του με την Αττική. Ενσωματώθηκε στο ελληνικό κράτος μετά την Επανάσταση του 1821, όταν χτίστηκαν και τα νεοκλασικά της Ιουλίδας. Στη νεότερη εποχή η Κέα, με την αγροτική της παράδοση, τα βελανιδοδάση και τα μονοπάτια της, αναδείχθηκε σε αγαπημένο προορισμό πεζοπορίας και ήσυχων διακοπών κοντά στην Αθήνα.