Η Ηφαιστία κατά τους ιστορικούς χρόνους μαζί με τη Μύρινα αποτέλεσαν τις δύο πιο σημαντικές αρχαίες πόλεις του νησιού και για το λόγο αυτό είναι γνωστή και ως «δίπολις».
Λόγω της ύψιστης γεωγραφικής θέσης της, καθώς βρίσκεται σε κομβικό σημείο μεταξύ των θαλάσσιων δρόμων της Θράκης και της Μακεδονίας στα βόρεια αλλά και των Δαρδανελίων στα ανατολικά, η Ηφαιστία παρουσίασε αδιάλειπτη κατοίκηση στο χώρο, από τους προϊστορικούς έως τους βυζαντινούς χρόνους.
Ιδιαίτερη σημασία για την ακμή της Ηφαιστίας αποτέλεσαν τα δύο ασφαλή της λιμάνια. Εκτός των τειχών, στα νότια, χωροθετούνται οι νεκροπόλεις της Ηφαιστίας. Στα βόρεια της πόλης, βρίσκεται το αρχαίο λατομείο εξόρυξης πωρόλιθου.
Κατά τους ιστορικούς χρόνους, στους πρωιμότερους οικιστικούς χώρους της πόλης εντάσσονται τα τρία αρχαϊκά ιερά της, τα οποία χρονολογούνται από το τέλος του 8ου αιώνα έως το τέλος του 6ου αιώνα π.Χ. Είναι χτισμένα σε διαφορετικά σημεία: στις ανατολικές παρυφές της Ηφαιστίας, στην πλαγιά του λόφου, όπου βρίσκεται το ιερό της Μεγάλης Θεάς, στα βόρεια κάτω από το κοίλο του θεάτρου και στα νότια σε επαφή με τμήμα του τείχους, αποτελώντας μια ενιαία σύνθεση λατρευτικών συγκροτημάτων στην πόλη. Κατά τους κλασικούς χρόνους, αντιπροσωπευτικό παράδειγμα αποτελεί το αρχαίο θέατρο, στα βόρεια της πόλης. Χρονολογείται από την 5ο αιώνα π.Χ. με μεταγενέστερες κατασκευαστικές φάσεις που φτάνουν έως τους ρωμαϊκούς χρόνους. Επιπλέον, η παρουσία νησίδας ιερών προς τιμή της Κυβέλης, του Διονύσου αλλά και του ολύμπιου Πάνθεου, τα δημόσια λουτρά, νοτιοανατολικά του αρχαϊκού ιερού, καθώς και η μνημειακή κατασκευή μαζί με τμήμα του αρχαίου τείχους, στην είσοδο της πόλης, σκιαγραφούν την εικόνα μιας ακμάζουσας αρχαίας πόλης, από τους αρχαϊκούς έως τους ελληνιστικούς χρόνους.
Το 268 μ.Χ. αι., βαρβαρικά φύλα των Έρουλών και Γότθων έφτασαν στη Λήμνο προκαλώντας μεγάλες ζημιές στην Ηφαιστία.