Στον Φιλοκτήτη του Σοφοκλή, ο Οδυσσέας μιλά για «μια πέτρα γη ακατοίκητη στη μέση του νερού». Όμως, πόλεμος και ειρήνη, εμπόριο και θρησκεία, επιστήμη και προλήψεις, συνυπήρχαν στο αρχιπέλαγος του Αιγαίου. Τα νησιά του Αιγαίου επισκέφθηκαν, στη μακραίωνη ιστορία τους, πολλοί προσκυνητές, σταυροφόροι, λόγιοι και άλλοι περιηγητές, όπως καταγράφεται σε πολυάριθμες δημοσιευμένες περιγραφές. Η Λήμνος δεν αποτέλεσε εξαίρεση, αφού από τους προϊστορικούς χρόνους είχε υποδεχθεί πολυάριθμες φυλές και είχε δει πολλούς κατακτητές να διαδέχονται ο ένας τον άλλον.

Τα ερείπια του αρχαιότερου οικισμού κυνηγών και αλιέων στο Αιγαιακό Αρχιπέλαγος, που χρονολογούνται στη 12η χιλιετία π.Χ., έχουν ανακαλυφθεί σε αρχαιολογικές ανασκαφές στη Φισίνη της Λήμνου. Επίσης, ανασκαφές στην περιοχή του Εσώκαστρου έφεραν στο φως ενεπίγραφη στήλη από τα Καμίνια και τον οικισμό της Πολιόχνης που χρονολογείται στην Εποχή του Χαλκού. Ο Όμηρος αποκαλούσε τη Λήμνο αμιχθαλόεσσα (δυσπρόσιτη, αφιλόξενη) και ανεμόεσσα, ενώ αναφέρθηκε επίσης στα κύρια επαγγέλματα των ντόπιων: τη μεταλλουργία, τη γεωργία και την αμπελουργία. Η Λήμνος ήταν το νησί του Ηφαίστου, του θεού της φωτιάς. Ο Ήρακλείδης ο Ποντικός (387-312 π.Χ.) έγραψε ότι μία από τις πιο σημαντικές κοινωνικο-οικονομικές μεταμορφώσεις στην ιστορία της ανθρωπότητας οφείλεται στην τέχνη της μεταλλουργίας, που έφτασε στη Λήμνο το 1500 π.Χ. από το θρακικό φύλο των Σιντίων.

Η ονομασία Λήμνος –που πρωτοεμφανίζεται το 1200 π.Χ. σε κείμενα από τηνΠύλο– είναι πιθανότατα προ-ελληνιστική και προέρχεται από τη λέξη λήιον, που σημαίνει «καλλιεργημένη γη». Ο Λήμνιος ιστορικός Αργύριος Μοσχίδης (1907) αναφέρει ότι η ονομασία είναι πιθανότατα φοινικικής προέλευσης και σημαίνει «λευκή».

Η φυλή που κατοίκησε τη Λήμνο στη συνέχεια (1200 π.Χ.) ήταν οι Μινύες, απόγονοι των Αργοναυτών. Επρόκειτο για μια περίοδο ευημερίας για το νησί, όπως φαίνεται στο οικόσημο του Ευνήου, του ομηρικού βασιλιά της Λήμνου κατά τη διάρκεια του Τρωικού Πολέμου· το οικόσημο ήταν ένα χρυσό αμπελόφυλλο, σύμβολο των εμπορικών δεξιοτήτων της φυλής και της παραγωγικής δυνατότητας του νησιού. Οι Λήμνιοι ήταν λάτρεις του κρασιού και πίστευαν ότι ήταν απόγονοι του Διονύσου. Οι πιο δημοφιλείς τελετές στην αρχαία Ελλάδα –που διοργανώνονταν συνήθως την άνοιξη και το φθινόπωρο, δηλαδή κατά τη σπορά και τον θερισμό– συνδέονταν έντονα με τη γονιμότητα της γης. Ο μύθος των Λήμνιων Κακών –συνυφασμένος με τον μύθο των Αργοναυτών– καθώς και τα Καβείρια Μυστήρια σχετίζονται σε συμβολικό επίπεδο με την αναγέννηση του κύκλου ζωής της φύσης.

Σύμφωνα με τον  Ηρόδοτο (484-425 π.Χ.) και τον Θουκυδίδη (460-400 π.Χ.), οι Μίνυες εκδιώχθηκαν από το νησί από τους Πελασγούς (1000 π.Χ.), οι οποίοι είχαν εκδιωχθεί από την Αττική. Ο Ερμής –προστάτης θεός των βοσκών, του εμπορίου και της γονιμότητας– ήταν ιδιαίτερα δημοφιλής ανάμεσά τους (Μοσχίδης, 1907). Οι Πελασγοί διατηρούσαν στενές σχέσεις με τους Φοίνικες, η επιρροή των οποίων στη Λήμνο ήταν εμφανής κυρίως στη θρησκεία, τον πρωτογενή τομέα και το εμπόριο. 

Το 511 π.Χ.η Λήμνος κατακτήθηκε από τους Πέρσες, τους οποίους όμως εκδίωξαν οι Αθηναίοι έναν χρόνο μετά. Οι Πέρσες ανακατέλαβαν τη Λήμνο μεταξύ του 493 και του 479 π.Χ., αλλά έπειτα το νησί διαχωρίστηκε σε κληρουχίες για τους Αθηναίους.  Η γεωργία ήταν σημαντική για την επιβίωση και την ανάπτυξη των νησιών του Αιγαίου. Τον 3ο και τον 4ο αιώνα π.Χ. η Λήμνος διακρινόταν για την ανάπτυξη της αμπελουργίας και την παραγωγή σιτηρών. Εκείνη την περίοδο ήταν πυκνοκατοικημένη και γεμάτη χωριά και αγροικίες, ιδιαίτερα στις πιο εύφορες περιοχές (δηλαδή στο βορειοδυτικό τμήμα, όπου ήταν αναπτυγμένη η κτηνοτροφία, και στο ανατολικό, όπου ήταν αναπτυγμένη η γεωργία).