Η Κέα κατοικείτο από τα αρχαία χρόνια. Ο προίστορικός οικισμός της Κεφάλας που βρίσκεται στο ομώνυμο ακρωτήριο, στη βορειοδυτική ακτή του νησιού, ιδρύθηκε κατά την τελική νεολιθική περίοδο, γύρω στα τέλη της 4ης χιλιετίας (3300 π.Χ. περίπου). Ο Προϊστορικός οικισμός της Αγίας Ειρήνης Κέας, στο βόρειο τμήμα του λιμανιού του Αγίου Νικολάου (κεντρικό λιμάνι), υπήρξε ένα από τα σημαντικότερα πολιτιστικά κέντρα του Αιγαιακού χώρου, από το τέλος της νεολιθικής εποχής (3000 π.Χ.), που χρονολογείται η πρώτη εγκατάσταση στο χώρο, μέχρι τον 15ο αιώνα π.Χ., οπότε καταστράφηκε από τους ισχυρούς σεισμούς, σε περίοδο μεγάλης ακμής.

Στους αρχαϊκούς χρόνους (7ος -6ος αιώνας), στην Κέα υπήρχαν τέσσερις ανεξάρτητες και δυνατές οικονομικά και πολιτιστικά πόλεις: η Ιουλίς, η Καρθαία, η Ποιήεσσα και η Κορησσός. Ερείπια των οποίων υπάρχουν έως σήμερα και μαρτυρούν την μεγάλη ακμή του νησιού κατά την αρχαιότητα. Το Αρχαιολογικό Μουσείο που βρίσκεται στη Χώρα φιλοξενεί σημαντικά ευρήματα από τις ανασκαφές στο νησί. Μια πεζοπορία μέχρι την αρχαία Καρθαία είναι από τις αξέχαστες διαδρομές των επισκεπτών του νησιού.