Arkeolojik bulgular Dikili'nin M.Ö 5000 - 4000 yıllarına kadar uzanan geçmişi olduğunu kanıtlamaktadır. İlk yerleşim yerlerinden Ağıltepe (Kaletepe)'de yapılan kazılardan Akalar'ın yaşadığı ve bu bölgeye de Aterneus denildiği saptanmıştır. Eoılı'lerin Dikili toprakları üzerinde Aterneus, Pytani, Astria, Teutronia gibi kentleri ve siteleri bulunduğu arkeolojik çalışmalardan anlaşılmıştır. İlk çağlarda Lidyalılar, İranlılar, Frikya ve Mysialılar daha sonra Romalıların eline geçmiştir. Roma ikiye bölününce Dikili Bizanslıların hakimiyetine geçmiştir.

Yeni Dikili tarihi, Selçuk boylarından Karaosmanoğlu'nın beylik zeytinliğinin bulunduğu yerde çiftlik kurup burada dikmelik yetiştirmesi ile başlamıştır. Önceleri Dikmelik olarak geçen isim daha sonra Dikili haline gelmiştir.

Karaosmanoğlu ayrıca bugünkü pazar yerinin yanında da çiftlik kurmuş, bölgede hayvancılıkla geçinenleri burada toplayarak küçük bir köy haline gelmesini sağlamıştır. Nüfus kayıtlarına göre en eski Dikilili'nin doğum tarihi 1848'dir. Buna göre Dikili'nin bugünkü yaşının yaklaşık 150 olduğunu söyleyebiliriz. Selçukluların bölgeyi ele geçirdikten sonra, uzun süre Türk ve Osmanlı hakimiyetinde kalmış, 1919-1922 yılları arasında Yunanlıların işgali altına giren Dikili, 14 Eylül 1922'de düşman işgalinden kurtarılmıştır. 1923'de belediyelik, 19 Ekim 1928 de ilçe olmuştur.