Η σημερινή Αλόννησος έλαβε αυτό το όνομα στα πρώτα χρόνια της απελευθέρωσης της Ελλάδας και δεν ταυτίζεται με την Αλόννησο των αρχαίων. Το νησί κατά την αρχαιότητα ονομαζόταν Ίκος, ενώ Αλόννησο ονόμαζαν οι αρχαίοι Έλληνες, πιθανόν το γειτονικό προς τα βόρεια νησί της Κυρά-Παναγιάς. Η ιστορία του νησιού χάνεται μέσα στην παλαιολιθική εποχή, τότε που πιθανολογείτε ότι ήταν ενωμένο με τα άλλα νησιά και τη Θεσσαλία. Η παράδοση αναφέρει ότι Κρήτες με αρχηγό το μυθικό ήρωα Στάφυλο έκαναν αποικίες στην Πεπάρηθο (σημερινή Σκόπελο) και στην Ίκο. Ο αποικισμός αυτός έγινε το 16ο αιώνα π.Χ., κατά τη διάρκεια της μινωϊκής θαλασσοκρατίας στο Αιγαίο. Την εποχή αυτή αρχίζει και η καλλιέργεια της ελιάς και της αμπέλου.

Η μινωϊκή αποικία αποκτά αργότερα μυκηναϊκό χαρακτήρα. Η μυκηναϊκή πόλη τοποθετείται στη σημερινή θέση Κοκκινόκαστρο, στην ανατολική πλευρά του νησιού. Στο τέλος της μυκηναϊκής εποχής έρχεται στο νησί ο πατέρας του Αχιλλέα, ο Πηλέας και μένει έως το τέλος της ζωής του. Σύμφωνα πάντα με την παράδοση, στο νησί υπήρχε ο τάφος του Πηλέα.

Ιστορικά πάντως βέβαιο είναι ότι οι γεωμετρικοί χρόνοι βρίσκουν την Ίκο κάτω από την εξουσία των Δολόπων. Οι Δόλοπες φαίνεται ότι αποτελούσαν ένα τμήμα της μεγάλης φυλής των Πελασγών. Με τον καιρό μεταβλήθηκαν σε επικίνδυνους πειρατές και μάστιγα του Αιγαίου. Για την αντιμετώπιση τους κινήθηκε αργότερα ο αθηναϊκός στόλος υπό τη διοίκηση του Κίμωνα, ο οποίος τους κατετρόπωσε και προσάρτησε όλα τα νησιά στην Αθήνα. Έτσι το 476 π.Χ. το νησί προσχωρεί στην Α' Αθηναϊκή Συμμαχία.

Κατά την κλασική εποχή η Ίκος πρέπει να είχε δύο πόλεις (ο γεωγράφος Σκύλαξ τον 5ο αιώνα π.Χ., την ονομάζει 'δίπολιν'). Η μία πρέπει να βρισκόταν στη θέση Κοκκινόκαστρο, όπου σώζονται μέχρι σήμερα υπολείμματα του τείχους και η άλλη στη θέση που είναι χτισμένο το σημερινό Χωριό ή Παλιά Αλόννησος. Την εποχή αυτή το νησί φημίζεται για την καλλιέργεια της αμπέλου και το εκλεκτό κρασί. Το κρασί εξαγόταν μέσα σε αμφορείς, οι οποίοι σε μία από τις δύο λαβές τους έφεραν την επιγραφή ΙΚΙΩΝ. Την εποχή αυτή φαίνεται ότι η γεωγραφική θέση του νησιού είναι πολύ σημαντική. Αυτό επιβεβαιώνεται και από το πλήθος των αρχαίων ναυαγίων που έχουν εντοπισθεί στην περιοχή. Η σημαντική αυτή θέση κατέστησε το νησί βάση του αθηναϊκού στόλου για τους αγώνες εναντίων του Φιλίππου.

Το 190 π.Χ. το νησί καταλαμβάνεται από το Ρωμαϊκό στόλο.Καμμιά σχεδόν πληροφορία δεν έχουμε στο εξής για την ιστορία της Ίκου έως την κατάληψη της Κωνσταντινούπολης από τους Φράγκους το 1204 μ.Χ., οπότε και αυτή και τα γειτονικά νησιά περιήλθαν στην κατοχή των Φράγκων. Μαζί με τη Σκόπελο και η Αλόννησος θα αποτελέσει φέουδο εναλλασόμενων κατακτητών.

Μετά την κατάληψη της Κωνσταντινούπολης από τους Τούρκους, το 1453, τα νησιά περιήλθαν στην κατοχή των Ενετών. Έμειναν ενετικά έως το 1538, όταν ο τουρκικός στόλος, υπό τον Χαϊρεδίν  Βαρβαρόσσα, επέβαλε την τουρκική εξουσία. Κατά την διάρκεια της Επανάστησης του 1821 και κατά τα πρώτα έτη της απελευθέρωσης του Ελληνικού Έθνους, κατέφυγαν στην Αλόννησο Έλληνες από διάφορα μέρη της Ελλάδας. Αυτοί, μαζί με τους αυτόχθονες του νησιού αποτέλεσαν τη σύνθεση του σημερινού πληθισμού της Αλοννήσου.