Die Lagune Ria Formosa zog vom Paläolithikum bis zum Ende der Vorgeschichte Menschen an. Die ersten Siedlungen stammen aus dem vierten Jahrhundert v. Chr., während der Zeit der phönizischen Kolonisierung des westlichen Mittelmeerraums. Zu dieser Zeit war das Gebiet als Ossonoba bekannt und das wichtigste städtische Zentrum Südportugals und Handelshafen für landwirtschaftliche Produkte, Fisch und Mineralien.
Zwischen dem zweiten und achten Jahrhundert war die Stadt unter der Herrschaft der Römer, dann der Byzantiner und später der Westgoten, bevor sie 713 von den Mauren erobert wurde. Ab dem dritten Jahrhundert und während der Westgotenzeit war sie Standort von ein Bischofssitz, die alte Diözese Ossonoba (306-688). Die byzantinische Präsenz ist in den Türmen der Stadtmauern, die während der byzantinischen Zeit errichtet wurden, erhalten geblieben.
Mit dem Aufkommen der maurischen Herrschaft im 8. Jahrhundert behielt Ossonoba seinen Status als wichtigste Stadt in der südwestlichen Ecke der Iberischen Halbinsel. Im 9. Jahrhundert wurde es zur Hauptstadt eines kurzlebigen Fürstentums und wurde mit einem Ring befestigt von Verteidigungsmauern. Zu dieser Zeit, im 10. Jahrhundert, wurde anstelle von Ossonoba der Name Santa Maria (arabisch Shantamariyyat al-Gharbin) verwendet. Im 11. Jahrhundert war die Stadt als Santa Maria Ibn Harun bekannt.
Während der 500-jährigen maurischen Herrschaft fertigten einige jüdische Einwohner von Faro schriftliche Abschriften des Alten Testaments an. Einer von Faros historischen Namen auf Arabisch ist أخشونبة (ʼUḫšūnubaḧ). Die Mauren wurden 1249 von den Streitkräften des portugiesischen Königs Afonso III. besiegt und vertrieben. Mit dem Bedeutungsverlust der Stadt Silves (die kurz während und unmittelbar nach der Reconquista als Diözese Silves zum regionalen Bistum ernannt wurde) übernahm Faro die Rolle der Verwaltung des Algarve-Gebiets.