Ο προϊστορικός οικισμός της Αγίας Ειρήνης στην Κέα αποτελεί μια από τις ενδιαφέρουσες προϊστορικές θέσεις στις Κυκλάδες της 3ης και, κυρίως, της 2ης χιλιετίας π.Χ. Σε μια χερσόνησο στο εσωτερικό του μεγάλου κόλπου της Κέας, σε προστατευμένο σημείο και με εύκολη διαφυγή στην ανοιχτή θάλασσα από έναν παρακείμενο μικρό ισθμό (το λεγόμενο «Στενό του Κατσώνη») αναπτύσσεται από τις αρχές της 3ης χιλιετίας ο σημαντικός οικισμός, όπου έχουν αναγνωριστεί οκτώ χρονολογικές περιόδοι εξέλιξης (Αγία Ειρήνη Ι-VIII). Τα πρώτα σταθερά κατάλοιπα ανάγονται στην ΠΚ ΙΙ περίοδο (2700-2300 π.Χ.), ενώ μετά από μια πιθανή σύντομη περίοδο εγκατάλειψης, φαίνεται ότι ο οικισμός επανιδρύεται στη Μέση Εποχή του Χαλκού (περ. 1900 π.Χ.). Στα τέλη της ίδιας περιόδου επεκτείνεται προς Βορρά και οχυρώνεται εκ νέου με ισχυρό τείχος με πύργους και πύλη.
Από την τελευταία φάση της Μεσοκυκλαδικής περιόδου ξεκινά μια περίοδος μεγάλης ακμής, που κορυφώνεται στις αρχές της ΥΚ Ι-ΙΙ εποχής (16ος-15ος αι. π.Χ.): τότε οικοδομούνται τα περισσότερα από τα κτηριακά κατάλοιπα που έχουν εντοπιστεί, ενώ τα κάθε είδους κινητά ευρήματα αποκαλύπτουν μια δυναμική κοινωνία, με έντονες επαφές με το Αιγαίο, τη μινωική Κρήτη αλλά και την ηπειρωτική Ελλάδα. Η λεγόμενη «Οικία Α», ένα από τα μεγαλύτερα και σημαντικότερα οικοδομικά συγκροτήματα, που ήταν διαμορφωμένη σε τρεις στάθμες (υπόγειο, ισόγειο, και όροφο), θεωρείται η οικία του τοπάρχη, καθώς στο κτήριο έχουν ταυτιστεί αποθηκευτικοί και εργαστηριακοί χώροι, τοιχογραφίες αλλά και πιθανοί λατρευτικοί χώροι, ενώ έχουν συλλεγεί εκατοντάδες αγγεία και άλλα αντικείμενα.
Ο «ναός» ένα ανεξάρτητο επίμηκες οικοδόμημα, με προσανατολισμό ΒΔ-ΝΑ, που οικοδομείται για πρώτη φορά κατά τη Μεσοκυκλαδική περίοδο με δύο δωμάτια, επεκτείνεται σταδιακά στις επόμενες περιόδους ώσπου να αποκτήσει τη μορφή που είχε σήμερα. Κατά την ανασκαφή του εντοπίστηκαν τα μοναδικά έως σήμερα πήλινα αγάλματα Κορών, όπως αποκαλούνται, που εικονίζουν γυναίκες με μινωική ενδυμασία ίσως να χορεύουν και αποτελούν το κεντρικό έκθεμα του Αρχαιολογικού Μουσείου Κέας.
Μια μεγάλη σεισμική καταστροφή στα τέλη της ΥΜ Ιβ/ΥΕ II (15ος αι. π.Χ. )ορίζει το πέρασμα την επόμενη περίοδο, κατά τη διάρκεια της οποίας ο οικισμός συρρικνώνεται και εν τέλει εγκαταλείπεται στα τέλη της ΥΕ ΙΙΙΒ περιόδου (13ος αι. π.Χ). Το λατρευτικό όμως κτήριο του οικισμού της Αγίας Ειρήνης, ο περίφημος «Ναός», συνεχίζει να χρησιμοποιείται και κατά τη διάρκεια της 1ης χιλιετίας π.Χ., όπου ήταν αφιερωμένος στη λατρεία του Διονύσου όπως μαρτυρά ενεπίγραφος σκύφος του 500 π.Χ.
Ο οικισμός της Αγίας Ειρήνης ανασκάφηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960 και του 1970 από τον Καθηγητή John Caskey και τους συνεργάτες τους και αποτελεί, μαζί με το Ακρωτήρι στη Σαντορίνη και τη Φυλακωπή στη Μήλο, σημείο αναφοράς για τη μελέτη του προϊστορικού Αιγαίου.
