Dopo la conquista di Costantinopoli con gli ottomani nel 1453, il sultano esigé cavalieri di San Giovanni di pagare una tassa di vassalité. Dopo il loro rifiuto, gli ottomani fecero isola di Kos un obiettivo costante dei loro attacchi, che forza gli abitanti dell’isola di abbandonare le loro case e rifugiarsi nelle fortezze. L’isola resisté a tutti quest’attacchi, ma, il 1° gennaio 1523, dopo sei mesi di sede, gli eserciti del sultano otomano Suleiman Ier presero la fortezza dei cavalieri di San Giovanni a Rodi. I termini della resa prevedevano la riduzione degli altri possessi di San Giovanni nel Dodecanese, in particolare quella di Kos: il 5 gennaio 1523, i cavalieri ospedalieri durano rimettere il castello di Neratzia e l’isola di Kos ai Turchi. Nel 1603, i cavalieri ospedalieri tentarono senza successo di riprendere l’isola.
Kos entrò nel sistema amministrativo dell’impero otomano; l’isola e la città di Kos si nominavano Istanköy in Turco - che gli europei trascrivevano in Stankou. Rodi e Kos, contrariamente ad altre isole del Dodecanese, subirono tasse pesanti imposte dall’occupante turco. Un numero importante di coloni musulmani immigrò sull’isola nel corso del XVIe secolo: nel corso dei xviio e xviiio secolo, la popolazione era divisa tra musulmani e cristiani, ma l’isola contava anche un piccolo numero di ebrei. I musulmani vivevano soprattutto nelle zone urbane, mentre la campagna era esclusivamente cristiana.
Gli abitanti greci di Kos si opposero incessantemente alla sovranità turca. Nel corso della guerra tra la Russia e l’impero ottomana di 1788-1792 la popolazione greca ortodossa fu duramente repressa dagli ottomani. Nel 1810-11, l’isola di Kos fu colpita da un’epidemia terribile di peste. Nel 1821, prese parte al sollevamento greco contro l’occupante; la repressione turca fu selvaggia: l’11 luglio di quest’anno, più di 90 patrioti greci furono appesi attorno al platano di Hippocrates. Secondo una prova scritta del viaggiatore francese Pouqueville, i Turchi effettuarono 900 cristiani greci sull’isola di Kos. Nel 1824, Kos subisce una nuova repressione dopo la battaglia di Gerontas (29 agosto 1824) dove la flotta ottomana fu superata dalla flotta greca.
All’inizio degli anni 1830, la Grecia - che aveva gradualmente era conquistato dall’impero otomano dal XIVe secolo - iniziò a liberarsi dal giogo otomano. Tuttavia Kos ed il resto del Dodecanese restava turco; è soltanto dopo del 1838 che alcuni diritti fondamentali e politici furono accordati ai cristiani di Kos: nel 1843, un Consiglio dei vecchi fu inaugurato sull’isola di Kos.
Nel corso dell’occupazione ottomana, l’economia dell’isola restò principalmente agricola: i viaggiatori dell’epoca offrono descrizioni dell’abbondanza dei prodotti agricoli; tuttavia le infrastrutture dell’isola furono trascurate per questo periodo.