חרסים הם העדויות הארכאולוגיות המוקדמות ביותר ליישוב באזור אל-עין, והם מתוארכים לתקופה הנאוליתית (8000 עד 4000 לפנה"ס). חרסים אלה הם שרידים שהותירו אחריהם נוודים שעסקו בגידול צאן, ואשר נמשכו אל המעיינות בג'בל חפית. החרסים מעידים על קשר עם תרבויות מסופוטמיה במהלך האלף ה-5 לפנה"ס. בתקופת הברונזה הקדומה הופיעו יישובי קבע במורדות ג'בל חפית ובמישורים שלמרגלותיו, ואלה התרכזו בעיקר בצידו המזרחי של ההר. ביישובים אלה התפתח סגנון קבורה אופייני בקברים עגולים שבכל אחד מהם הוטמנו מספר גופות. כ-500 קברים מסוג זה התגלו באזור, ואף על פי שרובם נשדדו, בחלקם נתגלו מנחות קבורה דוגמת כלי חרס, חפצי ארד קטנים, אבנים מעוטרות וחרוזי חרס שרופים. ממצאים אלה מעידים על קשרי מסחר ענפים עם מרכזה ודרומה של מסופוטמיה, ונראה כי חשיבותו של האזור הייתה בכך ששכן על הדרך המובילה ממסופוטמיה אל מכרות הנחושת בהרי חאג'ר שבעומאן ("דרך הנחושת"). החל בתקופת הברונזה התיכונה הופיעה באל-עין חקלאות שלחין מגוונת, ולצידה משק חי. המים נשאבו מבארות שניצלו את מי התהום, ובשל חשיבותם הם מוקמו במגדלים או במבנים מבוצרים. לוחות שעליהם מסמכים כתובים בכתב יתדות המתוארכים לסוף האלף ה-3 לפנה"ס, מעידים על המשך קשרי המסחר של תושבי האזור עם מסופוטמיה. לוחות אלה מיוחסים לתרבות אום א-נאר שפרחה לאורך חופיו הדרומיים של המפרץ הפרסי במחצית השנייה של האלף ה-3 לפנה"ס. בתקופה זו החלו מבני הקבורה העגולים האופייניים לאזור לגדול, ולכלול מספר אולמות קבורה, לעיתים בשני מפלסים.

הופעת מערכות ההשקיה הקהילתיות המכונות "אפלאג'" בתחילת האלף ה-1 לפנה"ס, אפשרה את גידולה של אוכלוסיית הקבע בסביבה, והביאה להתפתחות היררכיה חברתית שנדרשה לשם ניהול משק המים המשותף. התקופה המוסלמית שהחלה במאה ה-7 הביאה עימה גל של פריחה והתפתחות. מאבקי הכוח בין נסיכי עומאן, ערב והאמירים המקומיים בסוף המאה ה-17, הביאו להקמת מצודות צבאיות ומגדלי שמירה עשויים לבני בוץ. מבנים אלה נבנו מקירות עבים שבהם נקבעו פתחים קטנים, וגגותיהם עשויים מקורות עצי תמר הנושאים כפות תמרים. סגנון בנייה זה היה סגנון הבנייה העיקרי באל-עין עד שנות ה-60 של המאה ה-20, מועד בו התגלה נפט באזור. גילוי הנפט הביא לעלייה חדה באוכלוסייה, להיווצרות המרכז האורבני של אל-עין סביב נאות המדבר ולהרס רוב המבנים המסורתיים. בשנת 1967 הוכרה אל-עין כעיר.