Tromsøya ble isfri for ca 10 500 år siden. Arkeologiske funn viser 11 000 år gammel bosetting. I Tønsvika like ved Tromsøya har det blitt funnet omfattende spor etter bosetning fra eldre steinalder. I noen av fjordområdene rundt byen har det eksistert samiske boplasser. Høvdingen Ottar fra Hålogaland, som levde på slutten av 800-tallet, er antatt å ha bodd sør for dagens Tromsø kommune. Han omtalte seg selv som boende «lengst nord av alle nordmenn». I det islandske sagaen fra 1100-tallet heter det seg at Malangen skilte norrøn fra samisk bosetning, men det har også vært noe spredt norrøn bosetning nord for dette. Blant annet finner man både samiske og norrøne spor fra jernalderen på søndre Kvaløya, som f.ks båtgravene på Hillesøy, og gårdsanlegg i Grøtfjord. På selve Tromsøya finnes graver fra vikingtiden av norrøn opprinnelse, i tillegg til en rekke enkeltfunn. Blant annet ble et tveegget sverd, en stridsøks, samt øvrige redskaper funnet i en grav på Søndre Langnes. I tillegg har en større vikingskatt, datert til år 900-1100 e.kr, blitt funnet noen hundre meter lengre opp på selve øya.