Søby kendes fra middelalderen, og i 1483 var den en landsby med 43 fæstegårde. I begyndelsen af 1600-tallet beretter amtsskriveren om skibe hjemmehørende i Søby, som bl.a. blev anvendt til transport af kreaturer og varer fra herregården Søbygård. I 1745 oprettedes Søby Sogn med opførelsen af kirke som en annekskirke til Bregninge Kirke.
Frem til begyndelsen af 1800-tallet havde Søby kun en naturhavn eller stranden til sit fiskeri og skibsfart, men i løbet af 1860’erne anlagdes en egentlig havn, opført af byens 14 skippere på eget initiativ. Søby fungerede endvidere som overfartssted for en færgeforbindelse til Mommark. Denne ophørte efter 1864, da Ærø og Als kom til at høre under hver sin stat, og der kom i stedet en forbindelse mellem Søby og Faaborg.
Søby Værft blev grundlagt af Arthur Jørgensen i 1931 som et motorværksted, senere med skibsbyggeri, og denne virksomhed fik afgørende betydning for byens udvikling. Fiskeri spillede en stigende rolle frem til 1970, hvor byen havde 35 erhvervsfiskefartøjer over 5 bruttoregistertons. Op gennem 1920’erne blev havnen udbygget, og i 1939 fik havnen en ny vestre mole. I løbet af 1950’erne og 1960’erne blev havnen i flere omgange udvidet med nye byggebeddinger. Især Søby Værfts udvikling betød en befolkningstilvækst; i 1950 var der 648 indbyggere, og i 1970 lå indbyggertallet på 792. Med væksten skød nye bolig- og parcelhusområder op i byens udkant, og i 1963 blev der opført en ny og større skole.
Søby har siden 1970 oplevet en betydelig befolkningstilbagegang og havde 577 indbyggere i 2006. Søby Værft fortsatte med at være en af Ærøs største virksomheder, mens antallet af erhvervsfiskefartøjer over 5 bruttoregistertons siden 1970 faldt til under ti. I 1991 blev havnen udvidet med en marina til et stigende antal lystbåde, og i 1998 blev Søby nedlagt som toldkontrolsted. Det lille gule toldhus på havnen blev efterfølgende indrettet til venteværelse til rutebilerne.
