Mílos synes ha befolkats på 4000-talet f.Kr. på grund av tillgången på obsidian.[1] Det var en tid bebott av fenicier, men redan mycket tidigt erhöll det dock grekisk befolkning av minyer och dorer från Lakonien. Det doriska elementet bibehöll fortfarande övervikten, och av denna orsak var Mílos aldrig benäget att biträda Atens vapenförbund. Med anledning därav blev det angripet av atenarna och erövrat efter hårdnackat motstånd (416 f.Kr.) samt grymt bestraffat med nästan fullständig utrotning av befolkningen. I stället ditsändes 500 attiska nybyggare (klerucher), vilka dock vid Peloponnesiska krigets slut fördrevs av Lysandros. Med öns välstånd och blomstring var det för alltid förbi.

På Mílos uppstod redan tidigt en kristen församling, vars underjordiska gravar (katakomber) i närheten av den forna staden ännu finns i behåll. Efter 1204 utgjorde Mílos en del av det frankiska hertigdömet Naxos, från vilket det 1341 för någon tid avsöndrades som en självständig stat under Marco Sanudo. 1537 erövrades det av turkarna, men tillhör numera Grekland.