Η ιστορία της Λήμνου κατά την αρχαιότητα στιγματίστηκε από τη δράση των δύο ηφαιστείων της. Για πολύ καιρό το νησί σκεπάζονταν από στάχτη και σύννεφα πυκνού καπνού. Όταν σταμάτησε η δράση τους, ξεπρόβαλε το νησί. Μοναδικά όμορφο, άρχισε να γράφει τη δική του ιστορία στο χώρο του Αιγαίου.

Σύμφωνα με την μυθολογία η Λήμνος είναι το νησί στο οποίο ο Δίας έριξε τον Ήφαιστο, όταν τον εξόρισαν από τον Όλυμπο. Οι Σίντιες, οι πρώτοι κάτοικοι του νησιού, περιέθαλψαν το θεό της φωτιάς και αυτός για να τους ανταμείψει τους έμαθε τη τέχνη του σιδηρουργού.

Ο πρώτος βασιλιάς της Λήμνου, σύμφωνα πάντα με την μυθολογία ήταν ο Θόας, ο οποίος είχε παντρευτεί τη Μυρίνα, την κόρη του βασιλιά της Ιωλκού. Επί της βασιλείας του, οι γυναίκες με αρχηγό την κόρη του, την Υψιπύλη, ξεσηκώθηκαν κατά των αντρών που τις παραμελούσαν. Έτσι, αφού τους μέθυσαν τους σκότωσαν όλους εκτός από τον Θόαντα. Αργότερα οι γυναίκες της Λήμνου που συνδέθηκαν και με το μύθο των αμαζόνων, ενώθηκαν με τους Αργοναύτες οι οποίοι κατά την επιστροφή τους από την Κολχίδα σταμάτησαν στο νησί. Μάλιστα η Υψιπύλη παντρεύτηκε τον Ιάσονα. Από την ένωση των γυναικών της Λήμνου με τους Αργοναύτες γεννήθηκαν οι Μινύες.

Οι ανασκαφές στην Λήμνο έφεραν στο φως τα ερείπια της αρχαίας πόλης Πολιόχνης, η οποία άκμασε κατά την 4η π.Χ. χιλιετία.
Γύρω στο 1000 π.Χ. το νησί κατοικήθηκε από Πελασγούς. Την περίοδο αυτή ιδρύθηκαν στο νησί και οι δύο άλλες μεγάλες αρχαίες πόλεις που γνώρισαν οικονομική και πολιτιστική ανάπτυξη κατά την αρχαιότητα. Πρόκειται για την Ηφαιστία και την Μυρίνα, που τα λείψανά τους σώζονται ως τις μέρες μας.

Κατά τους ιστορικούς χρόνους το νησί κυριεύτηκε από Πέρσες.
Το 512 π.Χ. έγινε μέλος της Αθηναϊκής Συμμαχίας.
Το 168 π.Χ. η Λήμνος περνά στην κυριαρχία των Ρωμαίων.
Στα χρόνια του Βυζαντίου το ασφαλές λιμάνι του νησιού υπήρξε ασφαλές καταφύγιο του στόλου της αυτοκρατορίας.
Το 1204, οι Ενετοί που κυριαρχούσαν στο Αιγαίο, κατακτούν και τη Λήμνο.
Στις αρχές του 15ου αιώνα οι Τούρκοι πολιορκούν τη Λήμνο. Σε μια από τις επιθέσεις τους για την κατάληψη του νησιού, οι Λήμνιοι παρακινημένοι από την ηρωίδα Μαρούλα, πολεμούν θαρραλέα και καταφέρνουν να απωθήσουν – για λίγο - τους Τούρκους. Τελικά, οι Τούρκοι κυριάρχησαν στο νησί.
Η Λήμνος ενσωματώθηκε με την Ελλάδα το 1912.