Le premier peuplement attesté de l’île remonte au Néolithique : il s’agit de tribus originaires de Carie. Puis les Phéniciens leur succèdent.

Une tombe à tholos datant de la fin du IIe millénaire av. J.-C. appartenant probablement à un noble a été mise au jour sur l'île.

Au début du XIe siècle av. J.-C., des Ioniens d'Athènes se sont installés et ont dominé l’île après en avoir expulsé les dominateurs précédents, des Achéens. Pendant les guerres médiques, Mykonos accueille le général perse Datis, de retour de la bataille de Marathon. Par la suite, Mykonos fait partie de la ligue de Délos, au sein de laquelle elle paie un tribut d’un talent et demi, réduit à un talent, par la suite. En raison de sa proximité avec Délos, l’île sert de base de ravitaillement à cette dernière. Le temple d’Apollon à Délos possède ainsi des terres au sud-ouest de Mykonos. L’île était plutôt pauvre bien qu’étant une île agricole. Les habitants étaient adorateurs de Dionysos, Déméter, Zeus, Apollon, Poséidon et Héraklès. Pline l'Ancien (Ier siècle) précise à propos de l'île : « Mycone, avec le mont Dimaste, à 15 000 pas de Délos »[1].

À partir de 1204, à la suite de la Quatrième croisade et de la chute de Constantinople, les conquérants latins se partagent l'empire Byzantin. La souveraineté sur les Cyclades revient aux Vénitiens, qui annoncent qu'ils cèdent l'administration des îles à celui étant capable de les gérer en leur nom. De nombreux aventuriers arment des flottes à leurs propres frais et les frères Andrea et Geremia Ghisi deviennent maîtres de Tinos et Mykonos[2][réf. incomplète]. L'île passe ensuite sous administration vénitienne directe, comme Tinos, en 1390.

En 1537, l'île est attaquée par le grand amiral de Soliman le Magnifique, Barberousse, et passe sous contrôle ottoman, étant rattachée au domaine du Kapudan Pacha. Pendant la période ottomane, l'île est pratiquement autonome, les impôts étant collectés par les autorités locales.

De nombreux habitants de l'île sont actifs pendant la révolution d'Orloff (1770-1774), au cours de laquelle Mykonos est occupée par les Russes. L'économie de l'île profite ensuite du traité entre les Ottomans et l'Empire russe.

Des entreprises de boulangerie et de meunerie s'y développent, grâce au blé d'Ukraine, transformé en pains et en biscuits, ensuite envoyés sur des navires[3].

Pendant la Révolution française, une bataille navale le 17 juin 1794 oppose le Royaume-Uni et la France.

L'île participe à la guerre d'indépendance grecque. Elle résiste à une expédition punitive ottomane en empêchant le débarquement d'un escadron de la flotte de l'Empire ottoman en 1822[4] grâce[5] à son héroïne locale Manto Mavrogenous. Les Myconiens participent activement à la guerre, avec quatre navires armés, dont deux sont totalement équipés et fournis par Manto Mavrogenous : avant que la guerre soit finie, elle avait dépensé la quasi-totalité de sa considérable fortune familiale.