בסביבות 3000 לפני הספירה כבר הכירו המצרים הקדמונים את הטכנולוגיה שאפשרה בנייה של גוף אונייה מלוחות עץ. הם קיבעו את הלוחות למקומם בעזרת רצועות ארוגות, ואטמו את הסדקים בגוף בקנה או בעשב. המצרים הפליגו עם זרם הנהר, וחזרה באמצעות מפרש או משוטים; התלות במשוטים הייתה הכרחית, מכיוון שבנהר הצר יחסית קשה יותר להסתמך על המפרש. סְנֶפֶרוּ, שליט מצרים במאה ה-27 לפנה"ס, מתעד במסמך המתוארך לשנת 2613 לפנה"ס את ספינתו "תהילת שתי הארצות" - עדות ראשונה למתן שם לאונייה. דוגמה יוצאת דופן ליכולתם הטכנולוגית של המצרים בבניית אוניות היא הספינה של ח'ופו, שנמצאה בפירמידה הגדולה של גיזה. אורכה 44 מטרים, והיא נושאת מפרש. רישומים מצריים עתיקים מתעדים ספינות באורך של למעלה מ-100 מטרים, שנועדו להעביר אובליסקים ממצרים העליונה למצרים התחתונה. רק בעת המודרנית החלו להיבנות ספינות ארוכות יותר. עדות אחרת ליכולתם הימית הגבוהה של המצרים היא עדותו של הרודוטוס על צי מצרי שנבנה על ידי נכו השני, שהפליג סביב יבשת אפריקה, מסע שנמשך שלוש שנים; על אף שהרודוטוס עצמו פקפק באמיתות הסיפור, ישנם היסטוריונים מודרניים הסבורים כי מסע כזה אכן אירע.
יש עדויות רבות לכך שנוביה (צפון סודאן בימנו) וממלכת אקסום ניהלו מסחר עם הודו ומדינות האזור, בעזרת ספינות ששטו הלוך וחזור להעברת סחורות. ממלכת אקסום הייתה מוכרת ליוונים כבעלת נמלים רבים.
במואנג'ודארו, אחת מערי תרבות עמק האינדוס (כיום בפקיסטן), נמצאו ציורים של אוניות מונעות במפרש, המעידים על קיומה של תעשיית בניית אוניות וסחר ימי גם בתת-היבשת ההודית. טקסטים הודיים עתיקים מכילים תיאורים טכניים מפורטים על דרכי בנייתן של אוניות, החומרים שמהן הן בנויות, סוגי אוניות וממדיהן.
בעת העתיקה הונעו אוניות במפרשים, במשוטים או בשילוב של השניים. מפרשי העת העתיקה היו מפרשים רבועים, שהיו תלויים על לרוחב האונייה. בדרך כלל הונעו האוניות בעזרת מפרש מרובע יחיד, שהוא יעיל מאוד כאשר רוח נושבת מכיוון ירכתי האונייה, אך יעילותו יורדת מאוד כאשר הרוח נושבת מזווית אחרת. ניתן להסיט את הסקריה במידה מסוימת לפי כיוון הרוח, אך מידת ההסטה מוגבלת. מנגד, הנעה באמצעות משוטים אינה תלויה במשטר הרוחות, ויכולה להגיע למהירות גבוהה יחסית למשך פרקי זמן קצרים. חסרונה הוא בכך, שה נמוך יחסית, בשל הצורך לקרב את החותרים אל המים; ככל שהחותר רחוק מן המים, על המשוט שלו להיות ארוך יותר, ולפיכך דורש כוח רב יותר ופחות יעיל. בשל הבולט הנמוך יקשה על אוניית משוטים להפליג בים סוער. בנוסף, החותרים תופסים מקום בבטן האונייה, על חשבון המטען.
הבדלים אלה היו משמעותיים בהיווצרות ההבדלים בין אוניות מסחר לאוניות למטרות מלחמתיות, שהחלו כבר בעת העתיקה. לאוניית מלחמה דרושה מהירות גבוהה ויכולת תמרון רבה, וכן צוות גדול. אונייה כזו אינה צריכה לשאת מטען רב, ולפיכך השימוש במשוטים היה יעיל יותר למטרה זו. לעומתה, אוניית סוחר נועדה לשאת מטען רב ככל האפשר וצוות קטן. בשל כך, הנעתן של אוניות סוחר נעשתה בעיקר על ידי מפרשים.
בנוסף להבדלים אלה, היו הבדלים גם בשיטות הבנייה בין אזורים שונים ותרבויות שונות. כלי שיט שנבנו בים התיכון נבנו בדרך כלל במבנה מחובר (Carvel), כאשר כל לוח בגוף האונייה מחובר בצורה חלקה ללוח הבא, ללא חפיפה. לעומת זאת, אוניות בים הצפוני נבנו בליווח מרועף (Clinker), כאשר כל לוח מונח בקצהו על הלוח הבא, כמו רעפים. הפלגה באמצעות מפרש בים הצפוני הייתה יעילה יותר: הרוחות בים זה חזקות בהרבה מאלה שבים התיכון, וכיוונן משתנה לעיתים קרובות. בשל כך, גם אם לא ניתן להטות את המפרש הרבוע לכיוון הרוח, ניתן לסמוך על כך שכיוונה ישתנה במהירות וניתן יהיה להמשיך בהפלגה. לעומת זאת, בים התיכון שבו משטר הרוחות קבוע וחלש יותר, היה קשה יותר להסתמך על המפרש, והעדיפות ניתנה למשוטים; כניסתו לשימוש של המפרש הלטיני החלה לתת מענה לקושי זה (ראו להלן).
עם ההתלבטויות הטכנולוגיות השונות, השכילו ימאי העת העתיקה לעשות שימוש נרחב בתווך הימי. הים התיכון היה זירה עיקרית לבניית אוניות ולהתפתחות התעבורה הימית. בנוסף למצרים הקדמונים, הייתה התרבות המינואית בכרתים מעצמה ימית כבר בשנת 2000 לפנה"ס ששלטה למעשה במזרח הים התיכון. הפיניקים והיוונים פיתחו אוניות שיוכלו להפליג בהן לטווחים ארוכים יותר, ששיאן הייתה התלת חתרית (טרירמה). הם פיתחו שיטות ניווט מתקדמות יותר, שאיפשרו לשני העמים לפתוח במירוץ של הקמת מושבות לחופי הים התיכון. כמה מן המלחמות הקדומות בזירה זו היו מבוססות על לוחמה ימית נרחבת ועל מסעות בים, כמו מלחמת פרס–יוון, המלחמה הפלופונסית, מלחמות הליגה האכאית, והמלחמות הפוניות. רומא הצליחה להשיג שליטה מלאה בכל רחבי הים התיכון במהלך המאה ה-2 לפנה"ס; קרתגו והממלכות ההלניסטיות במזרח הים התיכון הוכנעו ונהרסו, והרומאים החלו לקרוא לים התיכון "הים שלנו", Mare Nostrum.
בתנ"ך ישנן עדויות קדומות על בניית אוניות והפלגה בהן: כך למשל, שבט זבולון מוזכר כשבט יורד ים: . גם לגבי המלך שלמה מוזכר סחר ימי עם חירם הראשון מצור.
כאמור, אונייה על פי הגדרתה היא כלי שיט המיועד להפליג למרחקים ארוכים יחסית. משום כך, על הספנים לדעת לנווט את כלי השיט שלהם - ניווט מורכב בהרבה מניווט יבשתי, בשל היעדרה של טופוגרפיה המסייעת לניווט ביבשה. בשל כך ליוותה התפתחות הניווט את התפתחותן של האוניות. ספנים קדומים הפליגו לאורך קו החוף וכך ידעו את מיקומם. הבנת משטר הרוחות ומשטר זרמי הים סייעו לנווטים בתקופות העתיקות לתכנן את מסעם. בנוסף, כבר בתקופות קדומות הכירו יורדי הים את מפת גרמי השמיים וידעו כיצד לנווט על פיהם. ואולם, עזרי ניווט אלה עדיין לא איפשרו הפלגות למרחקים גדולים בים הפתוח ובאוקיינוסים.
ימי הביניים: מפרשים.
בתחילת ימי הביניים עדיין נעשה שימוש נרחב במשוטים, אך בוני אוניות החלו לגלות שיטות חדשות להפקת עוצמה רבה יותר מן המפרשים. כדי לעשות זאת, יש צורך בהגדלת שטח המפרשים; לצורך כך יש להוסיף תרנים נוספים. בים התיכון ובים הצפוני החלו להופיע אוניות בעלות שני תרנים בסוף המאה ה-13. בנוסף להגדלת שטח המפרשים, אמצעי נוסף להגדלת יעילותם היא האפשרות להטות את המפרש על פי כיוון הרוח. כאמור, המפרש המרובע שהיה בשימוש בעת העתיקה היה מוגבל, ולא ניתן היה לכוונו יותר מבכמה מעלות. פתרון אפשרי אחד היה המפרש הלטיני: השימוש במפרש זה רווח כבר בעת העתיקה, בים התיכון, בים האדום וסביב חופי הודו. המפרש הלטיני משולש בצורתו, ותלוי על סקריה לאורך האונייה. בשל כך הוא מוגדר . יתרונו של המפרש הלטיני הוא בכך שניתן בקלות רבה בהרבה להתאים אותו לכיוון הרוח. בשל כך מתאים מפרש זה למשטר הרוחות בים התיכון. כבר בימי הרומאים שילבו אוניות (בעיקר אוניות סוחר) מפרש רוחבי רבוע, ומפרש חלוץ משולש.
יישום של עקרונות אלה התבצע בסין הרבה לפני יישומם במערב. הג'ונקה, ספינת מפרש שפותחה בסין בתקופת שושלת האן (206 – 220 לפנה"ס), כללה כמה תרנים, ומפרשים רבועים מתוחכמים שניתן היה לשלוט על נטייתם מול הרוח באמצעות מיתרים רבים שחוברו לפסיסי עץ, שחילקו את המפרש לכמה חלקים. בדרך זו ניתן היה להתאים את גודלו ומבנהו של המפרש לכיוון הרוח ולעוצמתה. נדרשו לבוני האוניות המערביים עוד מאות שנים עד שיגיעו לרמה כזו של מערך תרונה. הסינים שילבו עקרונות בנייה נוספים, שגם בהם הקדימו במאות שנים את האוניות המערביות: בג'ונקה היה מותקן הגה כיוון בירכתי האונייה, להבדיל ממשוט ההגה שהיה מקובל עוד מאות שנים באירופה, והן נבנו במבנה של תאים, המאפשרים את מזעור הנזק כאשר חלק מדופן האונייה נפרץ ומים חודרים לגופה. בין 1405 ל-1433 הפליגו ציים סיניים גדולים, בפיקוד ג'נג חה אל דרום-מזרח אסיה, האוקיינוס ההודי ועד מזרח אפריקה. ציים אלה כללו מאות ג'ונקות גדולות, ועליהן עשרות אלפי מלחים וחיילים.
בים התיכון ולאורך חופי אירופה רווחו עד המאה ה-14 ספינות שהונעו במשוטים, ונקראו גליאות. ואולם, במהלך ימי הביניים החלו בוני אוניות באירופה לבנות אוניות רחבות יותר, בעלות חרטום וירכתיים מעוגלים יותר, שהונעו בעיקר במפרשים. במאה העשירית הופיע סוג של אונייה שנקרא קוג. אונייה זו הונעה במפרש, ושימשה למסחר ימי באזור הים הבלטי ובין ערי בית הנזה. במאה ה-14 החלו להופיע אוניות גדולות יותר, בעלות יכולת גדולה יותר להפליג באוקיינוס. אלה נקראו קאראק. לקראת תום המאה ה-14 החלו להופיע במערב אירופה קאראק וקוג שנבנו עם מעין מבצרים מוגבהים בחרטום ובירכתיים. מבצרים אלה היו יעילים מאוד ללוחמה, אך פגעו ביציבותה של האונייה.
הקוג והקאראק הונעו במפרשים מרובעים. הקרוולה, שפותחה בפורטוגל מספינות מפרש ערביות (כמו הדאו), הונעה בעיקר בעזרת מפרשים לטיניים. הקרוולה הייתה יכולה להפליג בזווית קרובה יותר לכיוון הרוח, והשימוש בה הלך והתפשט. במקביל, הפכו המבצרים הגדולים שעל הקוג והקאראק ל ו; כך נוצר לאונייה בולט, שאיפשר הצבת תותחים מאחוריו.
גם יכולות הניווט של הימאים הלכו והשתפרו. גרסאות מוקדמות של המצפן היו ידועות בסין במאה ה-11, ובאירופה נעשה שימוש נרחב במצפן עוד לפני שנת 1300. האצטרולב, כלי ניווט חשוב גם הוא, מוזכר בכתבים כבר במאה ה-2 לפנה"ס.
בין התרבויות שהיו למעצמות בימי הביניים יש למנות את הרפובליקות של ג'נובה וונציה, את ברית ערי הנזה ואת האימפריה הביזנטית. בצפון אירופה החלו בני העמים הנורדים בפשיטות מתרחבות והולכות, ובעקבותיהן בהתיישבות. הוויקינגים סחרו ברחבי הים הבלטי ופשטו בסירות הארוכות שלהם (Longboat) לאורך כל חופי מערב אירופה והים התיכון.