Κατοικημένα από την Προϊστορική εποχή, τα Κουφονήσια υπήρξαν κέντρα του Κυκλαδικού Πολιτισμού, όπως αποδεικνύεται από τα αρχαιολογικά ευρήματα που ήρθαν στο φως στην περιοχή Επάνω Μύλοι του Άνω Κουφονησίου.
Ένα τηγανόσχημο αγγείο, που φέρει χαραγμένο ένα εννεάκτινο αστέρι, θεωρείται το σημαντικότερο από αυτά τα ευρήματα που φυλάσσονται σήμερα στο Αρχαιολογικό Μουσείο Νάξου.
Στο Άνω Κουφονήσι έχουν βρεθεί δύο Πρωτοκυκλαδικοί οικισμοί, ο πρώτος στην ανατολική πλευρά του σημερινού χωριού και ο δεύτερος κοντά στο εκκλησάκι του Αγίου Νικολάου στη θέση Ποταμιά.
Η μόνη ανασκαφή που έχει γίνει στο Κάτω Κουφονήσι είναι σε θέση της πρώιμης Υστεροκυκλαδικής περιόδου.
Εντούτοις, επιφανειακά ευρήματα αποδεικνύουν την ύπαρξη Πρωτοκυκλαδικών οικιστικών και ταφικών εγκαταστάσεων στην Παναγιά και στο Νερό, στην βόρεια και τη νότια πλευρά του νησιού αντίστοιχα.
Το αρχαίο όνομα ή τα αρχαία ονόματα των Κουφονησίων δεν τα γνωρίζουμε με βεβαιότητα, αν και στο Corpus των Επιγραφών καταγράφονται ως «Φακκούσαι νήσοι».
Η θαλάσσια περιοχή ανάμεσα στο Άνω και στο Κάτω Κουφονήσι ήταν γνωστή ως «Κωφός Λιμήν», χαρακτηρισμός που προσδιορίζει ένα λιμάνι που είναι κλειστό και επομένως απάνεμο και ασφαλές.
Εκτός από δύο ρωμαϊκές ταφικές επιγραφές, που σήμερα βρίσκονται στην Αρχαιολογική Συλλογή της Χώρας Αμοργού, δεν υπάρχουν γραπτές πηγές για την κατοίκηση των νησιών στους ιστορικούς χρόνους.
Ωστόσο έχουν βρεθεί «όστρακα» (σπασμένα πήλινα κομμάτια) ρωμαϊκών αγγείων, ενώ ορατά είναι μέχρι σήμερα κτιριακά κατάλοιπα στη τοποθεσία Λουτρά, δίπλα στη θάλασσα.
Η συνέχεια της ιστορίας των Κουφονησίων είναι κοινή με αυτή των υπόλοιπων Κυκλάδων. Γνώρισαν την κυριαρχία των Ενετών και των Τούρκων, που κατά τη διάρκεια κυρίως του 17ου αιώνα συγκρούστηκαν αρκετές φορές για την εξουσία των νησιών του Αιγαίου Πελάγους.
Οι κάτοικοι, άλλοτε από ανάγκη και άλλοτε κατ’ επιλογή, συνέπρατταν συχνά με Μανιάτες ή με άλλους πειρατές, οι οποίοι χρησιμοποιούσαν τον πορθμό ανάμεσα στο Άνω και το Κάτω Κουφονήσι ως ασφαλές καταφύγιο.
Απελευθερώθηκαν και ενσωματώθηκαν στο νεοσύστατο ελληνικό κράτος μαζί με τις υπόλοιπες Κυκλάδες το 1830.