Kea ist seit prähistorischer Zeit bewohnt, wie die befestigte Siedlung von Agia Irini bezeugt, eines der bedeutendsten Zentren der Ägäis in der Bronzezeit (3.–2. Jahrtausend v. Chr.), mit engen Beziehungen zum minoischen Kreta und zu den Kykladen. Ihr Heiligtum mit den lebensgroßen tönernen Frauenfigurinen bleibt in Griechenland einzigartig.
In der Antike war die Insel in vier Stadtstaaten geteilt — Ioulida, Karthaia, Korissia und Poiessa —, die aufblühten und am Attischen Seebund teilnahmen. Kea brachte bedeutende geistige Persönlichkeiten hervor: die Lyriker Simonides und Bakchylides, den Sophisten Prodikos und den Arzt Erasistratos. In diese Zeit fällt auch die Meißelung des legendären Löwen.
Nach der römischen und byzantinischen Epoche, in der Kirchen wie Panagia Episkopi erbaut wurden, ging die Insel nach dem Vierten Kreuzzug (1204) an die Venezianer über und wurde Teil des Herzogtums des Ägäischen Meeres. Ioulida wurde mit einer mittelalterlichen Burg auf der antiken Akropolis befestigt, während Piratenüberfälle das Leben an den Küsten prägten.
Die Insel kam unter die Herrschaft des Osmanischen Reiches und entwickelte in den folgenden Jahrhunderten dank ihrer Nähe zu Attika eine starke seefahrerische und kaufmännische Tradition. Nach der Revolution von 1821 wurde sie in den griechischen Staat eingegliedert, in dieser Zeit entstanden auch die neoklassizistischen Gebäude von Ioulida. In der Neuzeit hat sich Kea mit seiner ländlichen Tradition, seinen Eichenwäldern und seinen Wanderwegen zu einem beliebten Ziel für Wanderungen und ruhige Ferien nahe Athen entwickelt.