Ως πρώτοι κάτοικοι του νησιού αναφέρονται οι Φρύγες, οι Λέλεγες, οι Κάρες και οι Φοίνικες, οι οποίοι εγκαθίστανται στα παράλια ή μετεγκαθίστανται στο εσωτερικό του νησιού για να προστατευτούν από πειρατικές επιδρομές.
Η Νεολιθική Εποχή (5000-3000 π.Χ.) και η Πρώιμη Εποχή του Χαλκού ή Πρωτοκυκλαδική Εποχή (3000-2300 π.Χ.) παραμένουν προς το παρόν δίχως ευρήματα αρχαιολογικού ενδιαφέροντος στην Τήνο, εν αντιθέσει με τα άλλα νησιά των Κυκλάδων. Λίγα ευρήματα στο νοτιότερο ακρωτήριο του νησιού, στο λόφο του Βρέκαστρου, υποδηλώνουν ότι πιθανότατα είχε κατοικηθεί την Πρώιμη Εποχή του Χαλκού. Η κατοίκηση του Βρεκάστρου συνεχίζεται όμως και κατά τη Μέση Εποχή του Χαλκού ή Μεσοκυκλαδική Εποχή (2300-1600 π.Χ.), οπότε και ο οικισμός οχυρώνεται καλύτερα με ένα ισχυρό τείχος, τμήματα του οποίου αναγνωρίζονται κάτω από τις νεότερες ξερολιθιές.
Η Υστεροελλαδική Εποχή Ι και ΙΙ ή Πρωτομυκηναϊκή Εποχή (1600/1550-1400 π.Χ.) παραμένει προς το παρόν και αυτή δίχως ευρήματα στην Τήνο. Η Μυκηναϊκή περίοδος αντιπροσωπεύεται από ένα μικρό θολωτό τάφο ημικατεστραμμένο, ο οποίος ανακαλύφθηκε το 1979 σε μια περιοχή βόρεια του Πύργου, κοντά στην Αγία Θέκλα και το μοναστήρι της Κυρά Ξένης.
Κατά την περίοδο των Σκοτεινών Αιώνων (1100-900 π.Χ.), όταν η πειρατεία βρίσκεται σε έξαρση, στα νησιά του Αιγαίου εντείνεται η μετακίνηση των οικισμών από τις παράλιες θέσεις προς την ενδοχώρα, σε τοποθεσίες, φυσικά οχυρά, με δυνατότητα οπτικού ελέγχου της θάλασσας. Στην Τήνο, μια τέτοια οχυρωμένη εγκατάσταση αναπτύσσεται στις νοτιοδυτικές παρυφές του Εξώμβουργου, όπου και αναγνωρίζονται ευρήματα ενός πελώριου κυκλώπειου τείχους και στην Καρδιανή σε καλή και ασφαλή θέση, κοντά στο Εκκλησάκι του Αγίου Νικολάου, όπου και αναγνωρίζονται ερείπια οικημάτων και νεκροταφείο. Το τέλος των Σκοτεινών Αιώνων φαίνεται να βρίσκει την Τήνο στον απόηχο της ανάπτυξης της Εύβοιας.
Κατά τη Γεωμετρική Περίοδο (9ος και 8ος αιώνας π.Χ.), η επιρροή της Εύβοιας ανταγωνίζεται επάξια αυτή της Αττικής στην Τήνο, με σκοπό την επικυριαρχία για τον έλεγχο του Ιερού της Δήλου. Κατά τον 8ο αι. π.Χ. στη νότια Τήνο το διοικητικό κέντρο οργανώνεται στο Εξώμβουργο, όπου τα ευρήματα προσφέρουν στοιχεία ενδεικτικά ενός πολύ καλά οργανωμένου οικισμού, με συνεκτική κοινωνική δομή. Ο οικισμός αυτός κατά τον 7ο αι. π.Χ. είναι πλέον το μεγάλο κέντρο που λειτουργεί ως πρωτεύουσα του νησιού. Το 664 π.Χ., μετά από τη διάλυση της συνομοσπονδίας των Ερετριέων με τις Κυκλάδες, οι Αθηναίοι ελέγχουν πια το Ιερό του Απόλλωνα στη Δήλο και αυξάνουν την επιρροή τους στην Τήνο.
Κατά τους Ύστερους Αρχαϊκούς Χρόνους (6ος αιώνας π.Χ.), αναπτύσσονται στενές σχέσεις με τους Αθηναίους, με συνέπεια το αυξημένο ενδιαφέρον για δραστηριότητες συσχετισμένες με την θάλασσα και την ανάπτυξη οικισμών γύρω από το λόφο Πόλες (περιοχή του Ναού της Παναγίας). Η μετέπειτα συνένωση των οικισμών αυτών οδήγησε στη δημιουργία του Άστεως. Η ιδιαίτερη σημασία του Άστεως για την Τήνο ενισχύεται με την κατασκευή του υδραγωγείου από τον Πεισίστρατο (549-542 π.Χ.).
Κατά την Πρώιμη Κλασσική Περίοδο (5ος αιώνας π.Χ.), την περίοδο έναρξης των Περσικών πολέμων το 490 π.Χ. και το 480 π.Χ., η Τήνος καταλαμβάνεται από τους Πέρσες. Το 477 π.Χ. συνάπτει με τους Αθηναίους συμμαχία και εμπλέκεται σε πολεμικές συρράξεις.
Η Ύστερη Κλασσική Περίοδος (4ος αιώνας π.Χ.) υπήρξε μια εξαιρετικά δύσκολη εποχή για την Τήνο. Το διοικητικό κέντρο του νησιού μεταφέρεται από το εσωτερικό του νησιού, δηλαδή από το Εξώμβουργο, στην παράλια ζώνη, γύρω από τους δυο λόφους της Μεγαλόχαρης. Ο πυρήνας δημιουργείται γύρω από το λόφο Πόλες, ο οικισμός εξελίσσεται σε μεγάλο αστικό κέντρο, το Άστυ και οχυρώνεται με ένα ισχυρό τείχος, το οποίο και διασώζεται. Το κέντρο του Άστεως, με την αγορά, το θέατρο και πιθανόν το ιερό του Διονύσου, οργανώνεται στην περιοχή γύρω από το Ναό της Παναγίας. Παρ’ όλες τις δυσκολίες, την περίοδο αυτή, το λιμάνι της Τήνου χρησιμοποιείται ως ενδιάμεσος σταθμός για τα πλοία που κατευθύνονται στη Δήλο. Στη σημερινή θέση Κιόνια αναπτύσσεται το μεγάλο ιερό του Ποσειδώνα και της Αμφιτρίτης, γεγονός που πιστοποιείται από τις ανασκαφές που έχουν γίνει στην περιοχή. Από το 338 π.Χ., μετά την ήττα των Αθηναίων, αρχίζει η κυριαρχία των Μακεδόνων στρατηγών.
Κατά την Ελληνιστική Περίοδο, την κυριαρχία των Μακεδόνων διαδέχεται η επικυριαρχία των Πτολεμαίων έως το 268 π.Χ., οπότε η Τήνος περιέρχεται ξανά στην κυριαρχία του Μακεδόνα βασιλέα Αντίγονου, έως το 244 π.Χ. όταν ο Πτολεμαίος Γ΄ της Αιγύπτου γίνεται κύριος των Κυκλάδων. Μια δύσκολη περίοδος ακολουθεί από το 220 π.Χ. έως το 200 π.Χ. Τότε οι Ρόδιοι, με συμμάχους τον Άτταλο της Περγάμου και τους Ρωμαίους, καταλαμβάνουν πολλά νησιά των Κυκλάδων και την Τήνο, αποδίδοντάς τους όμως την αυτονομία τους. Η Τήνος, επιπλέον, γίνεται η έδρα μιας ομοσπονδίας, της οποίας οι αντιπρόσωποι συνεδριάζουν κατά τις εορτές των Ποσειδωνίων και των Διονυσίων.