Tilos fulgte Rhodos inn i Det bysantinske rike som følge av keiser Theodosius' død og delingen av Romerriket. Øya var en del av det maritime Samos mellom 800- og 1300-tallet. Hospitallerordenen, eller sankt Johannesridderne, tok kontroll over Rhodos og deretter Tilos fra 1309. De gjenoppbygde de bysantinske festningene og bygde nye som forsvar mot angrep fra pirater og tyrkere. Øya ble evakuert i 1470 da de muslimske osmanerne begynte beleiringen av Rhodos, og da Rhodos ble erobret i 1522 ble også Tilos året etter underlagt Det osmanske rike. Øya fikk bestemte privilegier og en viss grad av selvstyre ved å betale en årlig skatt kalt .