L'antico toponimo greco dell'isola, citato da Polibio, era Hierà Nésos, che significa "Isola Sacra".
Il nome attuale deriva molto probabilmente da "Marìtima", nome latino dell'Isola che compare già nell'Itinerario Antonino del III secolo d.C. Alcuni studiosi suggeriscono che l'origine del nome sia da ricercare nell'abbondante presenza del timo selvatico. Questa non è tuttavia l'unica tipologia di erba che cresce spontaneamente nell'isola, il cui clima del tutto particolare ha contribuito allo sviluppo di una flora straordinaria.
Le antiche popolazioni di questa ristretta area del Mediterraneo (Fenici, Elimi, Sicani) le attribuirono il carattere di sacralità di cui ancora oggi si può godere. Secondo la teoria trapanese dell'Odissea (nata ad opera di Butler), Marèttimo verrebbe a coincidere, dal punto di vista geografico, con Itaca, la patria di Ulisse. Sarebbe lo stesso eroe ad indicarne la posizione.
Diversi autori citano Hierà come il luogo dove venne firmato il trattato di pace tra Romani e Punici-Cartaginesi dopo la drammatica Battaglia delle Isole Egadi del 10 marzo del 241 a.C., che vide Amilcare Barca e le proprie navi sconfitti dalle pentere e trireme dotate di rostri dei Romani comandati da Lutazio Catulo.
Il castello di Punta Troia, edificato in periodo normanno (circa 1140) sui resti di una preesistente torre di avvistamento, venne in seguito usato anche come carcere. Nel periodo borbonico all'interno delle sue anguste e buie celle fu detenuto anche Guglielmo Pepe.
Marettimo si è staccata dalla terraferma diversi millenni prima delle altre due isole dell'arcipelago. Il risultato è che ci sono varie piante endemiche, come il Cavolo delle Egadi e la finocchiella di Boccone, arbusto che cresce sulle rupi attorno al Semaforo. Degne di nota le diverse grotte, raggiungibili solo dal mare; i fenomeni carsici; i fondali alcuni dei quali sono parte della riserva naturale delle Egadi.
Il punto più alto dell'isola è il Monte Falcone (686 m). L'isola è percorsa da vari sentieri.