De eldste tilgjengelige arkeologiske bevisene indikerer at øyene som Miletos opprinnelig lå på, ble befolket av en steinalderbefolkning i neolittisk tid en gang mellom 3500 og 3000 f.Kr. Pollenprøver fra innsjøen Bafa innenfor Miletos ved foten av Beşparmakfjellene (i antikken kalt for Λάτμος, ) antyder at en lett klimavegetasjon og skog hvor det beitet dyr var rådende i Menderesdalen, men ellers ubebodd. En sesongmessig og hyppig menneskelig bosetning skjedde i vårmånedene. Øyene utenfor kysten var kanskje bosatt grunnet deres strategiske lokalisering utenfor elven, en rute innlands beskyttet av den bratt skråningen i fjellet. Beitedyrene i dalen kan ha tilhørt dem, men bosetningslokaliteten gikk ut mot havet.