Dans l'Antiquité, Milos a prospéré en raison de sa richesse minérale. Elle fut habitée dès le Néolithique (7000 av. J.-C.) et prospéra rapidement à partir de ses îles voisines grâce à la pierre noire d'obsidienne, d'origine volcanique utilisée dans les armes et les outils de Milos. Pendant l'âge du bronze (2800-1100 avant JC), Milos est devenu le centre de la civilisation cycladique. A partir de l'arrivée des tribus grecques, les Doriens se sont installés à Milos vers 1000 av. On sait très peu de choses sur Milos avant le 5ème siècle avant JC, cependant, les résidents sont ceux qui ont refusé de céder "la terre et l'eau" aux Perses et ont combattu aux côtés des autres Grecs dans les batailles de Salamine et de Plataea. Ils sont battus en 415 avant JC par les Athéniens lorsqu'ils tentèrent de maintenir leur neutralité dans la guerre du Péloponnèse. Aux siècles suivants, Milos subit le sort des autres Cyclades et jusqu'en 311 avant JC elle appartint à la Macédoine puis à l'Egypte. La liberté et la sécurité en mer, grâce à la puissante flotte des Ptolémées, ont été l'occasion d'un nouveau développement économique de l'île, qui a également contribué à l'épanouissement des arts. La célèbre statue d'Aphrodite (ou Vénus) et de l'impressionnant Neptune étaient des exemples représentatifs de ce développement. A l'époque romaine, d'autres œuvres furent créées à Milos, dont certaines mettaient en avant le christianisme, dont les Catacombes sont un témoignage irréfutable. À l'époque byzantine, l'événement le plus important fut sans aucun doute la destruction de l'ancienne ville de Klima. Enfin, pendant l'occupation vénitienne, l'occupation turque et l'occupation allemande, les luttes de Milos pour leur liberté ont été continues et implacables.