Αρχαία Πόλη
Η αρχαία πόλη ήταν χτισμένη στους βόρειους πρόποδες του όρους Σάος στα 1448 μέτρα και ήταν τειχισμένη με ογκόλιθους διαφορετικού μεγέθους οι οποίοι έφταναν σε ύψος τα 4-5 μέτρα και πάχος 2,5-4 μέτρα. Υπάρχουν επίσης και νεότερα τμήματα ισοδομικής τοιχοποιίας με τετράπλευρες λιθόπλινθους , αλλά και πολυγωνικού συστήματος. Ο περίβολος μαζί με την πόλη κάλυπτε επιφάνεια 200 τετραγωνικών μέτρων και χρονολογούνται από τον 6ο ως τον 3 ο αιώνα π.Χ. Από τα κτήρια της πόλης ελάχιστο μέρος έχει αποκαλυφθεί. Στο μεγαλύτερο μέρος του τα ερείπια τις αρχαίας πόλης είναι κρυμμένα κάτω από την πυκνή βλάστηση .
Από τις πέντε πύλες των οχυρώσεων, στο νοτιοδυτικό τμήμα υπήρχε η πύλη Α΄ που συνέδεε την πόλη με το Ιερό των Μεγάλων Θεών. Το συγκρότημα του Ιερού αποτελείται από μνημεία του 4 ου και 3 ου αιώνα π.Χ., ωστόσο η χρήση του βεβαιώνεται από τα αρχαϊκά χρόνια. Η είσοδος στον χώρο γινόταν μέσα από το Πρόπυλου του Πτολεμαίου Β΄, μέρος του οποίου σώζεται μέχρι και σήμερα. Νοτιότερα, βρίσκονταν η Νεκρόπολη όπου βρέθηκαν εκατοντάδες ταφές. Τον κύριο χώρου του Ιερού συγκροτούν δεκάδες, ως επί τον πλείστον πολυτελή, κτήρια και κατασκευές, φτιαγμένα από τοπικό πωρόλιθο, ασβεστόλιθο και θασίτικο μάρμαρο. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι το Ανάκτορον, το Ιερό, η Θόλος της Αρσινόης, το κτήριο με τις Χορεύτριες, η Στοά, το Νεώρον και το Ανάθημα της Μιλησίας. Στο νότιο άκρο του χώρου, βρίσκεται το Μνημείο της Νίκης όπου στεκόταν περήφανα η Νίκη της Σαμοθράκης. Το λιμάνι της αρχαίας πόλης βρισκόταν έξω από την οχύρωση και αναφέρεται για πρώτη φορά τον 4 ο π.Χ. αιώνα και για τελευταία στις πράξεις των Αποστόλων. Μέρος του λιμανιού είναι ακόμα ορατό μέσα στη θάλασσα.
Σε ολόκληρη σχεδόν την Παλαιάπολη βρέθηκαν και λείψανα των βυζαντινών οχυρώσεων . Στο χώρο της αρχαίας πόλης, οι βυζαντινές οχυρώσεις περιλαμβάνουν τάφρο και τρεις πύργους, από τους οποίους ο ένας σώζεται σχεδόν ακέραιος. Στο σημείο αυτό βρίσκεται και η παλαιοχριστιανική βασιλική, η οποία χτίστηκε σε ανάμνηση της επίσκεψης του Αποστόλου Παύλου στο νησί που πέρασε από εδώ το 49-50 μ.Χ. Στην ευρύτερη περιοχή στη θέση Κεραμιδαριά έχει ανακαλυφθεί ένα συγκρότημα εργαστηρίων κεραμικής που ήταν σε χρήση από την ελληνιστική ως την ρωμαϊκή εποχή.
Τον 10 ο αιώνα πραγματοποιήθηκε η μετεγκατάσταση των κατοίκων στη Χώρα, για να προστατευτούν οι κάτοικοι και οι περιουσίες τους από τις λεηλασίες των πειρατών, που μάστιζαν εκείνη την εποχή το νησί.