후기 청동기 시대인 미노아 문명과 미케네 문명시대에는 사람이 살던 것으로 보이며, 이 시대에는 히타이트와도 경쟁하였다. 이후 그리스 암흑기 시대에는 사람이 살지 않았다가 기원전 6세기 중반에 이오니아 인들이 건너가 도시를 세웠다. 당시 그리스 동쪽에서 가장 큰 도시였으며, 나중에 뤼디아와 경쟁하였고 결국 뤼디아에 굴복한 것으로 추정된다. 키루스 2세의 페르시아 제국이 성립한 이후에는 페르시아에 복속되었고, 기원전 502년 이오니아 반란이 일어났을 때 반란의 중심 도시였다. 페르시아가 무자비하게 반란을 진압하자 그리스인들은 모두 밀레토스의 함락을 슬퍼했다. 그리스-페르시아 전쟁에서 그리스가 승리한 후 밀레토스는 아테네의 델로스 동맹에 속해 있었다. 기원전 334년 알렉산드로스 대왕의 정복 이후 완전히 페르시아에서 벗어났다.