Il sito di Kephaloidion (oggi Cefalù), era già popolato prima dell'arrivo dei coloni greci. Testimonianze arcaiche sono due grotte d'epoca preistorica sul lato settentrionale del promontorio, di una cinta muraria di tipo megalitico del V secolo a. C. e di un tempio coperto con lastroni di pietra sul tipo dei dolmen contenente una cisterna più antica del IX secolo a. C. , dedicato, si suppone, al culto di Diana.

Il mito vuole che la città fosse popolata anticamente da Giganti discendenti da Noè.
Oppure, un'altro mito, fondata dai sicani o dai fenici (tra il 3000 ed il 2700 a. C.) che le diedero nome Ras Melkart, promontorio di Ercole e del suo mito che lo vuole costruttore di un tempio per il culto di Giove.
Oppure ancora legata al mito di Dafni e della sua poesia pastorale, trasformato dal padre Mercurio in quella roccia che Servio (IV-V sec. d.C.), sostiene avere forma umana.

All'arrivo dei coloni greci la colonia venne rinominata Kefaloidion (dal greco kefalé, “capo” dovuto al promontorio). Nel 396 a. C. Cefalù si alleò con i Cartaginesi. Nel 307 a. C. cadde sotto il potere dei Siracusani e nel 254 a. C. di quello dei Romani, che le diedero il nome latino di Cephaloedium, e nominandola Città Decumana.
Il tessuto urbanistico riportato alla luce è di forma regolare con strade secondarie parallele che sfociano sulla grande strada principale, il tutto contenuto da un arteria circolare che segue l'andamento della cinta muraria.
Plinio e Diodoro ricordano un castello "Kephaloidion" costruito sul promontorio.