Mljet objevili staří řecko-římští geografové, kteří sepsali první záznamy a popisy. Ostrov poprvé popsal Scylax z Karyandy v 6. století př. n. l.; jiní dávají přednost textu Periplus Pseudo-Scylax. V obou textech je pojmenován Melite a podpořen Apollónem Rhodským. Agathemerus a Plinius Starší nazývají ostrov Melita.
Agesilaus z Anaxarby v Kilikii, otec Oppiana, byl římským císařem Septimiem Severem (145-211 n. l.) vypovězen na Mljet (nebo na Maltu Luciem Verem: viz Oppian).
Mljet zmiňuje kolem roku 950 byzantský císař Konstantin VII Porfyrogenitos ve svém díle O vládnutí říši jako jeden z ostrovů držených Narentinci. O ostrov se často vedl spor o vlastnictví mezi nimi a Zachlumií. Staří Řekové ostrov nazývali „Melita“ neboli „med“, z čehož se v průběhu staletí vyvinul slovanský název Mljet (vyslovuje se ).
Mljet byl považován za „Melitu“, na níž ztroskotal svatý Pavel (Skutky apoštolů 27,39-28,11), přičemž tento názor poprvé vyložil v 10. století východořímský císař Konstantin Porfyrogenitos. Ztroskotání svatého Pavla se obecně klade na středomořský ostrov Malta. Mljet a Malta měly v řeckých a římských pramenech stejné jméno; zmínka o zmiji ve Sk 28,3-5 byla považována za zmiji ve prospěch ostrova Mljet (hadi se vyskytují jak na Mljetu, tak na Maltě, ale pouze na prvním z nich se vyskytuje jedovatý had). Na obou ostrovech existuje přístav pojmenovaný po světci.
V roce 1151 se feudálními pány ostrova stali benediktini z Pulsana v Apulii, kteří přišli z italského Monte Gargana. Vystoupili na břeh v Sutmiholjské zátoce a v letech 1187-1198 jim srbský kníže Desa z rodu Vojislavljevićů postavil a daroval kostel a klášter svaté Marie na ostrůvku ve Velkém jezeře (Veliko Jezero) směrem k severozápadnímu konci ostrova. Papež Inocenc III. vydal v roce 1198 listinu o vysvěcení kostela.
Benediktini se v roce 1345 vzdali vlády nad Mljetem a ponechali si pouze třetinu pozemků. Ostrov dostal statut a obec Babino Polje. V roce 1410 byl formálně připojen k Raguské republice. Podle smlouvy s benediktiny musela obec každoročně platit 300 perper.
V 16. století byl klášter centrem Mljetské kongregace (Congregatio Melitensis nebo Melitana), sdružující všechny kláštery benediktinů v oblasti Raguské republiky. Prvním předsedou kongregace byl Mavro Vetranović, opat kláštera Mljet a slavný básník. V 18. století zde byl opatem další velký básník-Ignjat Đurđević. Postupem času benediktinský klášter na Mljetu ztrácel na významu, zatímco sídlo mljeťské kongregace se přesunulo do Sveti Jakova u Ragusy.
V roce 1809, za Napoleonovy vlády, byl mljeťský klášter zrušen. Když ostrov převzalo Rakousko, umístilo do budovy lesní úřad. Mezi světovými válkami byla budova ve vlastnictví ragušského (dubrovnického) biskupství. V roce 1960 se z ní stal hotel a v roce 1998 byla vrácena biskupství. Ostrov má za sebou dlouhou historii ekologických škod. Aby si mniši ulehčili dopravní problémy, prokopali kanál k jižnímu pobřeží, od jezera Veliko Jezero, čímž se obě sladkovodní jezera změnila na mořská.
Druhý incident se týká mangust. Malé asijské mangusty byly na ostrov dovezeny na počátku 20. století, aby se snížila populace jedovatých hadů (ostrov byl zřejmě zcela zamořen). Mangusty sice tento úkol splnily, ale zároveň zlikvidovaly téměř veškerou ptačí faunu ostrova. Dodnes na ostrově chybí zejména ptáci žijící v živých plotech, například vrabci. Mangusty představují nebezpečí pro domácí drůbež a jsou známé také tím, že působí škody na vinicích a v sadech.