Οι ιστορικές μαρτυρίες για τη Χάλκη είναι ελάχιστες. Το νησί διαβαίνει τους αιώνες στη σκιά της Ρόδου κι η ιστορία του μπορεί να σκιαγραφηθεί στα βασικά της σημεία μόνο σε συσχετισμό με την ιστορία της Ρόδου και της ευρύτερης περιοχής του νοτιοανατολικού Αιγαίου.
Η Χάλκη που μπορεί να θεωρηθεί ως ένας από τους “τελευταίους φάρους της παράδοσης”, πιθανώς να πήρε το όνομά της από τα ορυχεία επεξεργασίας χαλκού που υπήρχαν στην αρχαιότητα. Η Χάλκη κατοικείται από την προϊστορική εποχή. Σύμφωνα με τη μυθολογία, οι Τιτάνες ήταν οι πρώτοι κάτοικοι. Οι Πελασγοί έζησαν στο νησί για πολλά χρόνια, αφήνοντας πίσω τους πολλά χτίσματα. Τους διαδέχθηκαν οι Κάρες, οι Δωριείς και αργότερα οι Φοίνικες. Η βασίλισσα της Χάλκης η Αρετάνασσα, έζησε στη Χάλκη και μετά την εξόρισαν στην Κάρπαθο όπου αυτοκτόνησε όταν έμαθε για το θάνατο του συζύγου της. Απομεινάρια τριών ναών προς τιμήν του θεού Απόλλωνα υπάρχουν ακόμα στην τοποθεσία Πευκιά. Στους ιστορικούς χρόνους η Χάλκη φέρεται κατά καιρούς ως υποτελής της Καμείρου, ενώ αναφέρεται ως “σύμμαχος” των Αθηναίων στους ετήσιους “φορολογικούς καταλόγους της Δηλιακής Συμμαχίας, πράγμα που σημαίνει ότι είχε περιέλθει στη διοικητική εξάρτηση της “Αθηναϊκής Δημοκρατίας” εκείνη τη χρονική περίοδο. Αργότερα φαίνεται να εξαρτάται και πάλι από την Κάμειρο. Κι ακολουθεί την ακμή και την παρακμή της Ρόδου στους αιώνες που ακολουθούν.
Τον 7ο αιώνα το νησί κυριεύουν οι Άραβες μέχρι το 825 οπότε και απελευθερώνεται.Οι Βενετοί και Γενοβέζοι καταφτάνουν το 1204 και επισκευάζουν την αρχαία ακρόπολη, χτίζοντας ταυτόχρονα φρούριο στο νησάκι της Αλιμιάς. Κατά το 14ο αιώνα οι Ιππότες της Ρόδου παραχώρησαν τη Χάλκη ως φέουδο στην οικογένεια Assanti από την Ίσκια. Τότε έχτισαν και το Κάστρο τους πάνω στα ερείπια της αρχαίας ακρόπολης. Ανάμεσα στα οικόσημα σώζεται το οικόσημο του Μεγάλου ΜαγίστρουPierre d’ Aubusson (1476–1530), ο οποίος αναστήλωσε το φρούριο μετά από καταστροφική επιδρομή που δέχτηκε η Χάλκη από τους Βενετούς. Στο κάστρο κατέφευγε ο πληθυσμός σε περίπτωση επιδρομής. Το 1523 τη Χάλκη την κυριεύουν οι Τούρκοι.
Παίρνει μέρος στην επανάσταση του 1821. Από τα μέσα του 19ου αιώνα η τουρκοκρατούμενη Χάλκη φτάνει στο απόγειο της ακμής της. Μαζί με τη Σύμη, την Κάλυμνο, το Καστελόριζο και την Κάσο αναπτύσσουν το εμπόριο και τη σπογγαλιεία. Ιδρύονται σχολεία και το μορφωτικό επίπεδο του πληθυσμού σημειώνει κατακόρυφη άνοδο.
Στα τελευταία χρόνια της τουρκοκρατίας και κατά την ιταλοκρατία τα πατροπαράδοτα προνόμια καταργούνται, πλήττεται το εμπόριο κι η σπογγαλιεία κι αρχίζει η αιμορραγία της μετανάστευσης. Κυριεύεται από τους Ιταλούς το 1912, όπως κι όλα τα Δωδεκάνησα, περιέρχεται υπό ιταλική κυριαρχία, στρατιωτική αρχικά και πολιτική μετά το 1923.
Κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου πολέμου η Χάλκη δοξάστηκε χάρη στους αγώνες και το αίμα άξιων τέκνων της, όπως ο υπολοχαγός Αλέξανδρος Διάκος και ο λοχαγός Διογένης Φανουράκης.