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Los griegos la llamaron Ofiusa (Ophioussa), «isla de las serpientes», un nombre con el sufijo -oussa, muy corriente para nombrar islas, paralelo a los de Cromiusa (Mallorca), Melusa (Menorca) y Pitiusa (Ibiza). Los antiguos explicaban el nombre porque la isla estaba plagada de serpientes, pero en realidad estaban totalmente ausentes, como en Ibiza; probablemente es una falsa creencia nacida del nombre y de que la isla permaneció despoblada, mientras que el nombre vendría de la simple oposición con Ibiza, isla sin serpientes gracias a la protección del dios Bes. También es posible que se confundieran con serpientes las lagartijas de la isla. Los romanos tradujeron el topónimo griego y la llamaron Colubraria.
Durante la Antigüedad tardía el nombre de Ofiusa o Colubraria se perdió, sustituido por el de Formentera, que se documenta por primera vez en el siglo X, en la versión de Sebastián de la Crónica de Alfonso III a propósito de la expedición normanda de 859, bajo la forma Fermentella. La interpretación tradicional relaciona este nombre y el de Formentor con «forment», trigo; pero parece improbable que ninguno de los dos lugares destacara por su producción de trigo, y es más razonable considerarlos derivados del latín «promontorium».
La primera presencia humana conocida de Formentera se encuentra en la Edad del Bronce, cuando se construyó, entre 1900 y 1600 a. C., el sepulcro megalítico de Ca na Costa, descubierto en 1974, donde se hallaron los restos de ocho individuos y numerosos objetos, lo que confirma una población estable y organizada unos mil años antes de que los fenicios se instalaran en la vecina Ibiza. Después de una época en la que permaneció despoblada, hay vestigios del paso de las culturas púnica y romana.