Adanın tarihine Çanakkale Boğazı'nın girişindeki önemli stratejik konumu damgasını vurdu.

Tenedos adı, Yunan mitolojisine göre Troya savaşları sırasında adayı yöneten ve Achilles tarafından öldürülen Tenes adlı kahramandan gelir.

Tenedos, Heredot'un yazılarında sık sık geçmektedir. Antik çağ'da Midilli adasında oturan Aiolya halkının bir kısmının buraya yerleştiği tahmin edilmektedir.
Ada, İyonya ayaklanmasından sonra önce Perslerin sonra Romalıların egemenliğine girdi. Roma İmparatorluğunun parçalanmasından sonra Bizans İmparatorluğu sınırları içinde kaldı.

Türklerin adayla ilk bağlantısı, Aydınoğlu Umur Bey'in İzmir'i fethettikten sonra 1328'de 8 gemilik bir filosuyla Bizans yönetimindeki Bozcaada'ya gelerek yağmalaması olmuştur.

Bu dönemde Venedik ve Cenevizliler, ticari faaliyetlerine yararlı olacağı düşüncesiyle adayı ele geçirmek için bir rekabet içine girdiler. 1377'de Bizans İmparatoru, askeri yardım karşılığında adayı Venedik'e verdi. Ceneviz'in buna tepki göstermesi üzerine Venedik ile aralarında çatışma başladı. İki devlet 1381'de Torino'da bir antlaşma yaparak adayı boşaltmaya ve tarafsız bölge olmasına karar verdiler. Venedikliler bu antlaşma uyarınca ada halkını tümüyle boşalttılar ve Girit'teki Kandiye kentine taşıdılar.

Ada uzun süre boş kaldı. İspanyol seyyah Clavijo, 1403'te Bozcaada'ya geldiğinde üzüm bağları, meyve ağaçları, tavşanlar ve büyük bir kalenin yıkıntılarıyla karşılaştı, ancak yerleşik kimse bulamadı.
Fatih Sultan Mehmet döneminde ada Osmanlı donanmasının ikmal üssü olarak kullanıldı. Bunun üzerine Venedikliler adaya tekrar asker çıkardılar. 1464'te Mahmut Paşa, adayı resmen Osmanlı topraklarına kattı. 16. yy'da Bozcaada, Piri Reis haritalarında şimdiki ismiyle belirdi.

Venedikliler ilk denemelerinden yaklaşık iki yüzyıl sonra 1656'da adayı bir kez daha ele geçirebildiler, ancak hemen ertesi yıl Osmanılar'ca geri alındı.
Venediklilerin bölgedeki etkinliği uzun zaman sürdü. 1697'de yapılan Bozcaada Savaşı'nda Osmanlı donanmasını yöneten Mezemorta Hüseyin Paşa, Molino yönetimindeki Venedik donanmasına karşı zafer kazandı.

Ada 1807'de Rusya tarafından işgal edildi, yakıldı ve kalesi tümüyle yıkılıdı. 1842'de II. Mahmut kaleyi yeniden yaptırdı. 1866'da Osmanlıların Cezayir-i Bahr-i Sefid vilayetine bağlı Limni sancağına bağlandı.

Bozcaada Çanakkale Savaşı'nda ada İngiliz ve Fransız kuvvetleri tarafından işgal edildi ve lojistik destek için kullanıldı. Bu dönemde müttefik kuvvetler Ayazma Tepesi'nde, Habbele Ovası'nda ve Habbele Tepesi'nde savaş uçakları için üç pist yaptı. Savaş sırasında müttefik askerleri, Bozcaada'da tedavi oldu ve dinlendi.

Bozcaada 24 Temmuz 1923'te imzalanan Lozan Antlaşması ile Türkiye Cumhuriyeti'ne bırakıldı. Türkler, adayı aynı yılın 23 Eylül günü teslim aldılar.
Bozcaada belediyesi de adanın Türkiye'ye geçmesinin hemen ardından yine 1923'te kuruldu