Η ιστορία της Κιμώλου, η οποία συχνά συγχέεται με αυτήν της Μήλου, έχει ως εξής:
Αρχαία Εποχή
Καταρχάς, το νησί κατοικείται χωρίς διακοπή, τουλάχιστον από την Ύστερη Νεολιθική Εποχή (5300-4500 π.Χ.) και σύμφωνα με την μυθολογία, οφείλει το όνομα του στον πρώτο του οικιστή, τον Κίμωλο, σύζυγο της Σίδης, κόρης του Ταύρου. Της αποδίδονταν επίσης τα επίθετα Εχινούσα (νήσος των αχινών) και Εχιδνούσα (νήσος των εχιδνών).
Όσο αναφορά τα φύλα που εποίκησαν το νησί, κατά πάσα πιθανότητα ήταν οι Δωριείς, που εποίκησαν και την Μήλο και οι Κρήτες, που είχαν καταλάβει ολόκληρες τις Κυκλάδες.
Από την Μινωική εποχή, και μέχρι τον 18ο αιώνα, το νησί εξήγαγε την κιμωλία γη, ένα μοναδικό είδος αργίλου, με λευκαντικές, απορρυπαντικές και φαρμακευτικές ιδιότητες. Χάρις στις εξαγωγές αυτές, τον 3ο αιώνα π.Χ, κυκλοφόρησε τα δικά της νομίσματα.
Γενικότερα όμως, οι γνώσεις για την Κίμωλο των πρώτων ιστορικών χρόνων είναι ελάχιστες. Γνωρίζουμε πάντως, πως τον 5ο αιώνα π.Χ., είχε αναπτύξει αρκετά προηγμένο πολιτισμό, αποτελώντας δορυφόρο της Μήλου, το πολίτευμά της ήταν οργανωμένο στα πρότυπα της αθηναϊκής δημοκρατίας και πολιούχος θεά ήταν η Αθηνά.
Το 425 π.Χ. Συμμετείχε στην Α’ Αθηναϊκή Συμμαχία, πληρώνοντας φόρο 1000 δραχμές, όπως και άλλα νησιά των Κυκλάδων. Το 416 π.Χ., κατά το 16ο έτος του Πελοποννησιακού Πολέμου, και λίγο πριν πριν την Αθηναϊκή εκστρατεία ενάντια στην, προσκείμενη στην Σπάρτη, Μήλο, οι κάτοικοι της Κιμώλου ήρθαν σε δικαστική σύγκρουση με τους γείτονές τους, για την κυριαρχία των νησίδων Πολύαιγος, Ετηρεία και Λιβεία. Το Αμφικτιονικό Συνέδριο απεφάνθη υπέρ τους.
Από το 404 π. Χ. Και το τέλος του Πελοποννησιακού Πολέμου, τον νησί περνάει στην κυριαρχία των νικητών Σπαρτιατών, που επιβάλουν βαριά φορολογία. Το 394 π.Χ, μετά τη ναυμαχία της Κνίδου, όταν ο Αθηναίος Κόνωνας, με συμμάχους τους Πέρσες και τους Ροδίους, συνέτριψε το ναυτικό των Σπαρτιατών, η κυριαρχία των Λακεδαιμονίων στα μικρασιατικά παράλια κατέρρευσε και η Κίμωλος απέκτησε και πάλι την αυτονομία της. Το 378 π.Χ., όταν άρχοντας των Αθηνών ήταν ο Ναυσινίκος, εξεδόθη ψήφισμα, σύμφωνα με το οποίο κάθε πόλη η νησί, είχε τη δυνατότητα να γίνει μέλος της Β’ Αθηναϊκής Συμμαχίας διατηρώντας την αυτονομία του. Η Κίμωλος, κατά πάσα πιθανότητα, δέχτηκε.
Μετά τη μάχη της Χαιρώνειας, το 338 π.Χ και την νίκη των Μακεδόνων, οι Κυκλάδες, σαν σύνολο, υπέκυψαν στον βασιλιά Φίλιππο Β’ ενώ την περίοδο της κυριαρχίας του Μεγάλου Αλεξάνδρου, η Κίμωλος συμμετείχε στο Κοινόν των Νησιωτών, ένα είδος ομοσπονδίας με έδρα αρχικά τη Δήλο και αργότερα την Τήνο, που σήμανε την έναρξη μιας νέας περιόδου ακμής των Κυκλάδων, οι οποίες είχαν την εύνοια του Μακεδόνα βασιλιά. Την περίοδο των Διαδόχων του Μεγάλου Αλεξάνδρου (323 π.Χ.- 239 π.Χ.), το νησί ανήκε στο βασίλειο του Αντίγονου (Μακεδόνων), ενώ στη συνέχεια πέρασε στο βασίλειο του Πτολεμαίου Α'(Πτολεμαίων), ο οποίος συνέστησε την Κυκλαδική Ομοσπονδία, που περιλάμβανε την Ανάφη, την Μήλο, την Σίφνο, την Σίκινο και την Φολέγανδρο. Αυτή διήρκεσε ως το 250 π.Χ, οπότε διαλύθηκε και κάθε νησί ακολούθησε την τύχη του. Οι βασιλείς της Αιγύπτου είχαν υπό την εξουσία τους τις Κυκλάδες ως το 202 π.Χ, όταν και τις κατέκτησε ο Φίλιππος Ε’ της Μακεδονίας
Μετά την ήττα των Μακεδόνων από τους Ρωμαίους, το 168 π.Χ, οι Κυκλάδες περιήλθαν στην Ρωμαϊκή κυριαρχία, εντασσόμενες στην Επαρχία του Αιγαίου. Το 44 π.Χ, μετά την δολοφονία του Καίσαρα και υπό τον Οκταβιανό Αύγουστο, τα νησιά απέκτησαν σχετική ελευθερία και αυτονομία, όμως λίγο αργότερα, υπό τους μετέπειτα Ρωμαίους αυτοκράτορες, παρήκμασαν σε μεγάλο βαθμό, σε σημείο που να χρησιμοποιούνται απλώς ως τόπος εξορίας. Σε αυτήν την περίοδο, η Κίμωλος αναφέρεται μόνο ως τόπος εξόρυξης και εμπορίου της κιμωλίας γης.
Παλαιοχριστιανική Περίοδος
Μετά την επικράτηση του Χριστιανισμού και κατά την παλαιοχριστιανική περίοδο το νησί βρίσκεται κάτω από την σκιά της Μήλου. Στην Πρώιμη Βυζαντινή Περίοδο (4ος-6ος αιώνας μ. Χ.), τα δύο νησιά αποτέλεσαν, κατά πάσα πιθανότητα, μέλη της Επαρχίας των Νήσων της Βυζαντινής αυτοκρατορίας και από τον 7ο αιώνα και μετά, εντάχθηκαν στο θέμα του Αιγαίου Πελάγους.
Βυζαντινή και Μοντέρνα Περίοδος
Γενικότερα, οι αναφορές που περιλαμβάνουν την Κίμωλο στα Βυζαντινά χρόνια είναι μηδαμινές. Από τα λίγα που γνωρίζουμε είναι πως το 1204, μετά την άλωση της Κωνσταντινούπολης από τους Σταυροφόρους και την κυριαρχία των Ενετών στις Κυκλάδες, το νησί πέρασε στην εξουσία του Μάρκου Σανούδου, ο οποίος ίδρυσε το Δουκάτο του Αιγαίου, στο οποίο, πέρα από την Κίμωλο, συμπεριλαμβάνονταν η Σύρος, η Σαντορίνη, η Πάρος, η Αντίπαρος, η Μήλος, η Ίος η Κύθνος, η Αμοργός, η Σίφνος, η Σίκινος, και η Φολέγανδρος..Η οικογένεια των Σανούδων κυβέρνησε την Μήλο και την Κίμωλο ως το 1376, όταν ο αδερφός του Ιωάννη Α’ Σανούδου, την έδωσε ως προίκα στον γαμπρό του Φραγκούλλη Κρίσπο, ο οποίος με την σειρά του την παραχώρησε στο γιο του, Ιάκωβο Κρίσπο.
Το 1566 το Δουκάτο της Νάξου καταλύεται από τους Οθωμανούς, η Κίμωλος όμως παραμένει υπό την κυριαρχία των Κρίσπων ως το 1617, όταν και περνάει οριστικά σε Οθωμανικά κατοχή. Καθ’όλη την διάρκεια της Ενετικής κατοχής, η Κίμωλος δέχτηκε επανειλημμένα επιδρομές πειρατών, οι οποίοι συνήθιζαν να βάζουν φωτιά στο νησί και να κατακαίνε εκκλησίες, πρακτική που σταμάτησε μετά την ένταξη στην Οθωμανική αυτοκρατορία.
Ο Σουλτάνος Σελίμ Β’ παραχώρησε το δουκάτο στον Εβραίο ευνοούμενό του, Ιωσήφ Μικέ ή Νάσση, ο οποίος διόρισε ως διοικητή τον Φραγκίσκο Κορονέλλο, που κυβέρνησε για λογαριασμό του για 13 χρόνια, μέχρι τον θάνατο και των δύο. Στη συνέχεια τα νησιά επανήλθαν στην κυριαρχία του Σουλτάνου.
Το 1771, εν μέσω του Ρωσοτουρκικού Πολέμου, η Κίμωλος και η Μήλος κυριεύονται από τους Ρώσους και παραμένουν υπό την κυριαρχία τους ως το 1774 και την Συνθήκη Κιουτσούκ – Καϊναρτζή, όταν και επανέρχονται στα χέρια Οθωμανών. Το 1830 και μετά την Ελληνική Επανάσταση, το νησί, όπως και οι υπόλοιπες Κυκλάδες, εντάσσονται στο νεοσύστατο Ελληνικό Κράτος.
Τα επόμενα χρόνια η Κίμωλος επισκιάστηκε για μία ακόμη φορά από την Μήλο και ουσιαστικά θεωρούνταν απλώς ως βοσκότοπος και ψαρότοπος. Το 1944 καταλήφθηκε από τις Δυνάμεις του Άξονα και παρέμεινε υπό κατοχή ως τις 8 Μαΐου 1945, αρκετούς μήνες μετά την απελευθέρωση΄
της ηπειρωτικής Ελλάδας. Το διάστημα αυτό υπήρξε εξαιρετικά επώδυνο για τους κατοίκους, που υπέφεραν από την πείνα και τα καταναγκαστικά έργα που διέτασσαν οι Γερμανοί. Τα γεγονότα αυτά ενέπνευσαν την ταινία Τα Κανόνια του Ναβαρόνε.
Τα επόμενα χρόνια η Κίμωλος, λόγω της απόστασής της από τα κεντρικά νησιά των Κυκλάδων, εξελίχθηκε σε ιδανικό προορισμό για ήρεμες διακοπές.