Kea está habitada desde tiempos prehistóricos, como atestigua el asentamiento fortificado de Agia Irini, uno de los centros más importantes del Egeo durante la Edad del Bronce (III–II milenio a.C.), con estrechas relaciones con la Creta minoica y las Cícladas. Su santuario con ídolos femeninos de terracota de tamaño natural sigue siendo único en el ámbito griego.
En la antigüedad la isla se dividió en cuatro ciudades-estado — Ioulida, Karthea, Korissia y Poiessa — que florecieron y participaron en la Liga de Delos. Kea dio a luz a grandes figuras del pensamiento: los poetas líricos Simónides y Baquílides, el sofista Pródico y el médico Erasístrato. En este período se sitúa también la talla del legendario León.
Tras la época romana y bizantina, durante la cual se construyeron iglesias como Panagia Episkopi, la isla pasó a manos de los venecianos tras la Cuarta Cruzada (1204) y se integró en la esfera del Ducado del Egeo. Ioulida se fortificó con un castillo medieval sobre la antigua acrópolis, mientras que las incursiones piratas marcaron la vida en las costas.
La isla pasó al Imperio Otomano y en los siglos siguientes desarrolló una fuerte tradición naval y comercial, gracias a su cercanía con el Ática. Se incorporó al estado griego tras la Revolución de 1821, cuando también se construyeron los edificios neoclásicos de Ioulida. En la época moderna, Kea, con su tradición rural, sus bosques de encinas y sus senderos, se ha convertido en un destino predilecto para el senderismo y las vacaciones tranquilas cerca de Atenas.