Κατά τη μυθολογία, η Κάσος πήρε το όνομά της από τον Κάσο, πατέρα του Κλεόχου.

 Σύμφωνα με τον Στέφανο Βυζάντιο παλαιότερες ονομασίες της Κάσου ήταν Άμφη (ίσως επειδή από μακρυά φαίνεται σαν κομμένη στα δύο) και Αστράβη.

Κατά τον Πλίνιο, η Κάσος λεγόταν και Άχνη.

Ίχνη τεσσάρων μινωϊκών οικισμών έχουν έλθει στο φως στο νοτιοδυτικό τμήμα της Κάσου, γύρω από τον φυσικό όρμο της Χελάτρου. Κατά τις μινωϊκές εποχές η Χέλατρος ήταν το πρώτο αγκρυοβόλιο των ναυτικών που ξεκινούσαν από την Κρήτη με προορισμό την Ανατολή --αφού όπως όλοι οι αρχαίοι Έλληνες ναυτικοί, έτσι και οι Κρήτες δεν ταξίδευαν νύκτα.

Όμως, φαίνεται ότι κατά τη διάρκεια της Μυκηναϊκής Περιόδου οι οικισμοί αυτοί εγκαταλείφθηκαν, προκειμένου οι κάτοικοι του νησιού να μεταφερθούν στο βόρειο τμήμα. Πιθανώς αυτό συνέβη επειδή το βόρειο τμήμα προσέφερε μία φυσικά οχυρωμένη τοποθεσία για να κτισθεί μία πόλη, ευφορότερη γη για γεωργική ανάπτυξη και εύκολη πρόσβαση στις θαλάσσιες εμπορικές οδούς της νοτιανατολικής Μεσογείου.

Ο νέος οικισμός αναπτύχθηκε γύρω από το σημερινό Πόλι, όπου έχουν βρεθεί τα ίχνη της ακροπόλεως, καθώς και αρχαίοι τάφοι.

Στο Πόλι βρέθηκε επίσης, πάνω από είσοδο ανεμόμυλου, εντοιχισμένο μαρμάρινο ανάγλυφο που παριστάνει τον Απόλλωνα ή έφηβο - καθώς και μαύρα και ερυθρά αγγεία, λήκυθοι και επιτύμβιοι λίθοι.

Η Κάσος αναφέρεται από τον Όμηρο στον κατάλογο των πλοίων που εξεστράτευσαν κατά της Τροίας (Ιλιάς Β, στ. 676-680):

click στο αρχαίο κείμενο για μεγέθυνση

Επίσης αναφέρεται στον κατάλογο των πόλεων που απετέλεσαν την Αθηναϊκή Συμμαχία, αλλά πιθανότατα παρέμεινε ανεξάρτητη μέχρι τον 2ο αιώνα π.Χ., όταν επανήλθε στην κυριαρχία της  Ρόδου.

Το τοπωνύμιο Άργος, που αναφέρεται στο εύφορο οροπέδιο της Κάσου, παραπέμπει στην εγκατάσταση στο νησί Αχαιών και Δωριέων.

Το σημαντικότερο και εντυπωσιακότερο αρχαιολογικό εύρημα της Κάσου είναι η Ελληνοκαμάρα, στην περιοχή της Αγίας Μαρίνας.

Τα περισσότερα από τα αρχαιολογικής αξίας ευρήματα της Κάσου φυλάσσονται στη μη εν λειτουργία Αρχαιολογική Συλλογή Κάσου, στο παλαιό δημαρχείο στο Φρυ.

Κατά αρχαιολογικές έρευνες που έγιναν στην Κάσο από τον Ross και τον Hiller von Gaertringen, βρέθηκαν στην περιοχή του Εμπορειού ερείπια νεκρικών θαλάμων, δεκάδες κίονες από λείο γρανίτη, δάπεδα με έγχρωμα πετράδια, τεμάχια μαρμάρινων θριγκών με χριστιανικές επιγραφές, καθώς και τετράγωνη πλάκα με αφιέρωση στον Ασκληπιό.