Кеа была заселена с доисторических времён, о чём свидетельствует укреплённое поселение Айя-Ирини, один из важнейших центров Эгейского моря в бронзовом веке (3–2 тысячелетие до н.э.), тесно связанный с минойским Критом и Кикладами. Его святилище с глиняными женскими статуэтками в натуральную величину остаётся уникальным для греческого мира.
В древности остров был разделён на четыре города-государства — Иулиду, Кархею, Кориссию и Пойессу — которые процветали и участвовали в Афинском морском союзе. Кеа дала миру выдающихся деятелей культуры: лирических поэтов Симонида и Вакхилида, софиста Продика и врача Эрасистрата. К этому периоду относится и высечение легендарного Льва.
После римской и византийской эпох, в течение которых были построены такие церкви, как Панагия Эпископи, остров перешёл к венецианцам после Четвёртого крестового похода (1204 год) и вошёл в сферу влияния Герцогства Архипелага. Иулида была укреплена средневековым замком поверх древнего акрополя, а пиратские набеги наложили отпечаток на жизнь прибрежных поселений.
Остров перешёл под власть Османской империи, и в последующие века развил сильную морскую и торговую традицию благодаря близости к Аттике. Он был включён в состав греческого государства после Революции 1821 года, когда были построены и неоклассические здания Иулиды. В новое время Кеа, с её сельскохозяйственными традициями, дубовыми лесами и тропами, стала любимым направлением для пеших походов и спокойного отдыха недалеко от Афин.