Zgodnie z legendą, na Limnos przebywać miał pozostawiony przez swych greckich towarzyszy z powodu rannej nogi Filoktet, świetny łucznik, sprowadzony przez Greków pod Troję po tym, jak poznali oni przepowiednię pojmanego trojańskiego wieszcza Helenosa głoszącą, że bez Filokteta zdobycie Troi nie będzie możliwe. Historia ta jest podstawą dla tragedii Sofoklesa pod tytułem Filoktet.
Limnos zamieszkana jest obecnie przypuszczalnie przez ludność pochodzącą z Tracji: ze starożytnych przekazów wiadomo o istniejącym tam przed przybyciem Greków matriarchacie i kulcie bogini-matki. Wyspa została podbita przez Persję w VI wieku p.n.e., podporządkowana Ateńczykom, następnie została ona częścią rzymskiej prowincji Achai, następnie włączona do Cesarstwa Bizantyjskiego, a później do Turcji.
Przyłączona do Grecji 8 października 1912, w trakcie walk I wojny bałkańskiej, od razu stała się ważną bazą Greckiej Marynarki Wojennej. W okresie I wojny światowej, wojny grecko-tureckiej 1922 r. i walk z rewolucją rosyjską, wyspa stawała się bazą wojskową o dużym znaczeniu międzynarodowym.