Η ιστορία του νησιού ξεκινά από τη Μυκηναϊκή περίοδο και ακολουθεί πολιτισμικά και ιστορικά τις τύχες των νησιών του Βόρειου Αιγαίου. Έχουν βρεθεί αρχαιολογικά ευρήματα της εποχής της Πολιόχνης. Το νησί είχε διάφορες ονομασίες «Νέα» στην προϊστορική περίοδο, «Αλώνισος» στην κλασική, «Νήσος των Νέων» στην Βυζαντινή και μετά τον 15ο αιώνα «Άγιος Ευστράτιος».

Όμως, ο Άγιος Ευστράτιος έγινε ευρύτερα γνωστός γιατί συνδέθηκε με ένα δύσκολο κεφάλαιο της σύγχρονης ιστορίας μας. Έγινε τόπος εξορίας. Αυτό το πανέμορφο νησί, είδε να βαδίζουν στα εδάφη του πέρα από τους πολιτικούς, ο ανθός του πνεύματος και της τέχνης της εποχή, όπως οι ποιητές Γιάννης Ρίτσος, Τάσος Λειβαδίτης, Τίτος Πατρίκιος, οι συγγραφείς Μενέλαος Λουντέμης, Τάσος Βουρνάς, οι ηθοποιοί Μάνος Κατράκης, Τζαβαλάς Καρούσος, οι ζωγράφοι Χρήστος Δαγκλής, Γιώργος Φαρσακίδης και πολλοί άλλοι ως πολιτικοί εξόριστοι.

Πάνω από το λιμάνι, σκαρφαλωμένος στην κορυφή του λόφου, βρισκόταν ο παλιός οικισμός του Αγίου Ευστρατίου, ο οποίος υπέστη καταστροφές από το σεισμό του 1968 και ακολούθως η τότε στρατιωτική κυβέρνηση (χούντα) αποφάσισε την κατεδάφισή του. Σχεδόν το σύνολο των σπιτιών καθώς και οι 8 από τους 11 ναούς του νησιού κατεδαφίστηκαν. Πολλοί από αυτούς ήταν χτισμένοι με δομικά στοιχεία αρχαίων ελληνικών ναών και είχαν σημαντικές αγιογραφίες του 6ου – 7ου αιώνα μ.Χ, όπως ο ναός των «Πέντε Μαρτύρων».

Τα σπίτια ήταν λιθόχτιστα, διώροφα ή τριώροφα, με ξύλινα υποστυλώματα και παραδοσιακή αρχιτεκτονική. Από τον σεισμό και την κατεδάφιση που ακολούθησε σώθηκε το πανέμορφο κτίριο της Πορφυρίου και Μαρασλείου Σχολής. Η Πορφύριος και Μαράσλειος Σχολή χτίστηκε την περίοδο 1906-1909 με δαπάνη της παροικίας των Αγιοστρατητών στην Αίγυπτο και του Εθνικού Ευεργέτη Γρηγ. Μαρασλή και στέγαζε μέχρι τότε (1909-1968) το δημοτικό σχολείο του νησιού. Σήμερα, μετά την ανακαίνισή της, φιλοδοξεί να στεγάσει την ακαδημία «Πράσινης Ενέργειας» στα πλαίσια εφαρμογής του Προγράμματος «Άη Στράτης Πράσινο Νησί».

Στο αναστηλωμένο κτίριο του «Παλαιού Διδακτηρίου» βρίσκεται το Μουσείο Δημοκρατίας. Εκεί θα βρείτε εκθέματα, φωτογραφίες, αυθεντικά αντικείμενα, χειρόγραφες εφημερίδες και προβολές βίντεο από τη ζωή των εξόριστων στο νησί, καθώς και από άλλους τόπους εξορίας.

Στο λόφο του Αγίου Μηνά και στο ξωκλήσι του έχουν εντοπιστεί λείψανα αρχαίου οικισμού, όπως και στην περιοχή Αλωνίτσι και στην περιοχή Εβραϊκή έχουν βρεθεί λείψανα προϊστορικού οικισμού και αρχαίας νεκρόπολης αντίστοιχα.

Αξιοσημείωτες είναι οι εκκλησίες του Χριστού, του Αγίου Νικολάου και του Αγίου Βασιλείου η οποία χτίστηκε το 1727. Στο νησί υπάρχουν πολλά εξωκλήσια (45 πριν το σεισμό) και 3 μετόχια μοναστηριών του Αγίου Όρους.

Στην ΒΑ πλευρά του νησιού, κοντά στην παραλία Αλωνίτσι, βρίσκεται σκαρφαλωμένη στο βράχο η σπηλιά στην οποία κατέφυγε και μόνασε ο Όσιος Ευστράτιος όταν κυνηγήθηκε από τους εικονομάχους (8ος αιώνας μ.Χ.) και στον οποίο πιστεύεται ότι οφείλεται η σημερινή ονομασία του νησιού.