Die Geschichte von Portoferraio beginnt früh.
Portoferraio verfügt über einen natürlich geschützten Hafen und war daher schon früh ein beliebtes Siedlungsgebiet. Vermutlich liessen sich bereits die Etrusker hier nieder, dievon hier aus Eisenerze verschifften. Nachgewiesen sind jedenfalls die Griechen, die den Ort Porto Argoo nannten. Ihnen folgten die Römer, unter denen die Siedlung Fabricia (faber = Schmied, Handwerker). Auch die Römer nutzten den Hafen für die Verladung von Eisenerzen. Durch die Ausdehnung des römischen Reiches aber wurden die Erzvorkommen auf Elba immer bedeutungsloser. Stattdessen schuf sich Fabricia einen guten Ruf als Sommerresidenz und so liessen sich reiche Römer hier Villen erbauen. Heute noch können die Überreste zweier Villen besucht werden: Einerseits „La Linguella“ am hinteren Ende des alten Hafens und andererseits „Le Grotte“ auf der anderen Seite der Bucht von Portoferraio.
Mit dem Zerfall des weströmischen Reiches fielen die Langobarden ein und zerstörten viele Dörfer Elbas. Zudem trieben die Piraten ihr Unwesen im westlichen Mittelmeer, was zur Folge hatte, dass die Siedlungen an der Küste aufgegeben wurden.
Die Pisaner erlangten im 11. Jahrhundert die Insel Elba und nahmen auch den Erzabbau wieder auf. Die Stadt in Ferraia (Eisen) umbenannt. Zur Sicherung der Insel erbauten die Pisaner mehrere Burgen und Wachtürme. Im Raum Ferraia waren dies die Festung Luceri und die Burg Volterraio hoch oben auf der anderen Seite der Bucht. Während der 200 Jahre dauernden Herrschaft der Pisaner war das Leben auf Elba relativ sicher.
Die Appiani, die die Pisaner ablösten, konnten die militärische Sicherung der Insel nicht im gleichen Stil fortsetzen. (…)
Der Kaiser von Spanien, Karl V., nahm den Kampf gegen die Piraten im westlichen Mittelmeerraum auf. Dafür benötigte er aber viel Geld und so nahm er sich vom Grossherzog der Toskana, Cosimo I., ein Darlehen. Seine Bemühungen, die Piraterie einzudämmen, missrieten und auch das geliehene Geld konnte er nicht mehr zurückzahlen. Cosimo I. begnügte sich stattdessen mit der Insel Elba als Entschädigung. So kam Elba 1548 unter die Herrschaft der Medici.
Cosimo I. beauftragte noch im gleichen Jahr die Architekten Giovanni Battista Bellucci und Giovanni Cemerini mit der Planung der Stadt und vor allem deren Befestigung. So halfen rund 1000 Soldaten beim Bau mit, waren aber auch verantwortlich für den Schutz der Stadt vor den Piraten. Sie taten ganze Arbeit. Bereits nach zwei Monaten war die werdende Stadt verteidigungsfähig. Nach insgesamt 10 Jahren war die Arbeit abgeschlossen. Die Stadt erhielt den Namen «Cosmopoli» was auf den Medici und Stadtgründer Cosimo I. zurückzuführen sein könnte. Der Name bedeutet aber auch Weltstadt. Zur Befestigungsanlage der Stadt gehören die Festungen Forte Falcone, Forte Stella, Forte Linguella und der Torre Martello. Die Befestigungen waren mit einer mächtigen Mauer miteinander verbunden. Der Hafen Darsena war ebenfalls mit einer Mauer von der Stadt abgetrennt. Es gab nur zwei Zugänge zur Stadt: Einerseits die Porte al Mare zum Hafen hin und andererseits die Porta al Terra in Richtung Land.
Die Stadt galt als uneinnehmbar. Der Pirat Dragut selbst ging hier vor Anker, zog aber rasch wieder ab und wandte sich anderen Gegenden der Insel zu.
Das sichere Leben in der Stadt hatte zur Folge, dass reichere Bürger anderer Orte Elbas in die Stadt zogen, was von Cosimo I. durch zahlreiche Privilegien und Vergünstigungen gefördert wurde. Sogar Händler vom Festland kamen. Die Einwohnerzahl stieg somit markant an. Cosmopoli florierte und lebte in erster Linie vom Export von Eisenerzen und Wein.
Anfangs des 17. Jahrhunderts wurde Elba dreigeteilt. Die Medici behielten Cosmopoli und ein Gebiet von 2 Meilen um die Stadt herum. Die Region um Porto Longone lag unter dem Einflussbereich der Spanier und der Rest der Insel gehörte den Appiani, der Fürstenfamilie on Piombino. Diese Dreiteilung Elbas führte zu einer wirtschaftlichen Schwächung der Stadt, da die Abbaugebiete der Eisenerze sowie die Weinberge nicht mehr in ihrem Machtbereich lagen.
Nach demTod des letzten Medici im 18. Jahrhundert übernahm Leopold I. Cosmopoli, das inzwischen den Namen Portoferraio trug. Für die Stadt begann so eine Zeit der militärischen Schwächung, denn ein Grossteil der Marine wurde zum Festland abgezogen.
Daraufhin war die Stadt ein Zankapfel zwischen den Engländern und Franzosen. Mit dem Frieden von Amiens 1802 gelangte Elba und somit auch Portoferraio an die Franzosen.
Am 3. Mai 1815 kam Napoleon als Fürst von Elba nach Portoferraio. Er wurde mit viel Jubel empfangen. In den zehn Monaten seiner Herrschaft drückte er nicht nur der Stadt, sondern ganz Elba seinen Stempel nachhaltig auf. Dieses knappe Jahr war der Höhepunkt der elbanischen Geschichte. Nach Napoleons endgültiger Niederlage wurde Elba wieder Teil des Grossherzogtums Toskana und mit ihm 1860 Teil Italiens.
1900 erlebte Portoferraio einen erneuten Aufschwung, denn im Gebiet der Salinen wurden grosse Hochofenanlagen eröffnet, die 2000 Arbeiter beschäftigte. Nach einem kurzen Nachlassen der Exporte nahm diese in den beiden Weltkriegen enorm zu. Während eines Angriffs der Alliierten bei der Befreiung Elbas wurden diese Anlagen aber zerstört und danach aufgegeben. Ein Angriff der Alliierten forderte auch in der Altstadt über hundert Todesopfer. Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte eine grosse Auswanderungswelle ein, da in Portoferraio und auch im Rest der Insel die Arbeitsplätze fehlten. Die Lage wendete sich in den 1960-er Jahren mit dem Einsetzen des Tourismus.
