תנאי השטח והאקלים הקיצוניים של מדבר יהודה מנעו התיישבות קבע בו בימי קדם. לעומת זאת, תנאים אלו היו מצוינים עבור מורדים ונמלטי חוק.
רמת מדבר יהודה ריקה יחסית מממצאים ארכאולוגיים מכיוון שאינה נוחה למגורים עקב האקלים הקשה ותנאי השטח. בשולי המדבר, לעומת זאת, מצויים אתרים ארכאולוגיים רבים.
מערות מדבר יהודה היוו מקום מקלט לפליטי ומורדי שלטון עוד בתקופה הכלקוליתית. מערות אלו היוו מקום מחסה מצוין עבור אותם נרדפים בשל התכסית הקשה באזור זה, המקשה על נגישות אנשים בכלל וצבא בפרט.
עקב גילוי מגילות ים המלח נערך חיפוש מדוקדק במערות מדבר יהודה אחר מגילות נוספות בשנים 1960–1961, שהביא למציאת ממצאים נוספים שהעידו על כך שהמקום שימש כמקום מפלט עוד מהאלף הרביעי לפני הספירה. בין הממצאים החשובים ניתן למנות את:
מערה בנחל חימר בה נמצאו בשנת 1983 ממצאים מהתקופה הנאוליתית, בהם פסלים, מסכות, כלי עץ ועצם, גולגולות ומחצלאות מצופות אספלט.
מערת המטמון בנחל משמר, בה נתגלה בשנת 1961 מטמון של כלי נחושת ושנהב מהתקופה הכלקוליתית.
מערכת מדרגות חקלאיות ומקדש גדול באזור עין גדי - גם הם מהתקופה הכלקוליתית.
ברמת המדבר נמצאים מספר מבנים עגולים, קוטרם בין 30 ל-60 מטרים, ומהם נמשכים קירות ישרים וארוכים העולים ויורדים עם פני השטח. לא נמצא הסבר מספק למבנים אלו.
מזמן תקופת המקרא מצויים מספר אתרים קטנים. ביניהם תל מעון ותל תקוע, ומצודות מתקופת המלך עוזיהו - חירבת אל מכארי וכרם א-סמרא.
המקרא מספר על דוד, שלפני היותו מלך, נרדף על ידי שאול המלך. דוד נאלץ לברוח, ורוב תקופה זו חי במדבר יהודה. בהקשר זה נזכרים מדבר זיף, מדבר מעון, צורי היעלים ומצדות עין גדי - כולם בתחום מדבר יהודה. אל דוד חברו עוד כמה מאות אנשים שהתנגדו באופן נחרץ לשאול, וחברו לדוד המלך על מנת לעזור לו להשתלט על כס המלוכה.
בתקופת הבית השני, חיו במדבר האיסיים - כת יהודית סגפנית שהתרחקה מחברת אנשים שלא היו מחבריה. בתקופת השלטון הרומי, היה מדבר יהודה למעוזם של לוחמים ומורדים, בזמן המרד הגדול בשנת 70 לספירה ובזמן מרד בר כוכבא בשנת 132. הלוחמים והמורדים חיו במצודות הגדולות - מצדה, הורקניה והרודיון, ובמערות במצוקי הנחלים.
אתרים ארכאולוגיים בולטים מתקופה זו:
הרודיון - הר מבוצר שנבנה על ידי הורדוס. במקום נמצאו גם ממצאים מתקופת מרד בר כוכבא.
הורקניה - מבצר מהתקופה החשמונאית, עם מערכת מים גדולה.
מצדה - מבצר גדול עם ארמונות ומאגרי מים ענקיים. זהו אחד האתרים הארכאולוגיים החשובים במדבר יהודה.
מערות מפלט - בנחל מכמש, מערת אל מיסיה ומערות מורבעת בנחל דרגה, מערת הבריכה בנחל דוד, מערת האגרות (בה נמצא ארכיון המכתבים של אישה בשם בבתא בת שמעון) ומערת האימה בנחל חבר ושלוש מערות בנחל צאלים, בהם נמצאו מכתבים רבים וממצאים אחרים ממרד בר כוכבא.
בכל מדבר יהודה פזורות עשרות מצודות רומאיות, שנועדו לאבטח את הדרכים ולעזור במצוד אחר לוחמיו של בר כוכבא.
בתקופה הביזנטית, חיו במדבר נזירים נוצרים, ביניהם חריטון, סבאס, תיאוקטיסטוס ועוד. מתקופה זו עדיין קיימים ופעילים מנזר קרנטל, מנזר סנט ג'ורג' ומנזר מר סבא. מנזרים ידועים הם: קסר אבו לימון, חירבת תינה סמוך למעלה עמוס, מנזר תיאודוסיוס (סמוך לאל-עוביידיה - ליד בית לחם), מנזר רואבי ודיר מוכליך (מנזר תיאוקטיסטוס) בנחל אוג, מנזר פרן בנחל פרת, מנזר סוקה בנחל תקוע (את שני האחרונים הקים הנזיר חריטון), מנזר סן פירמין בנחל מכמש, הקפלה עליליאת א-סיק בוואדי מכוך, הקפלה של סוזכים (אל קוסיר) - גם היא בנחל תקוע, מנזר אבטימוס (עליו יש שרידי חאן מהתקופה הערבית) באזור התעשייה מישור אדומים, והלאורה הענקית בהר כנוב (סמוך לסעיר), המזוהה עם ה"נאו לאורה" המוזכרת במקורות עתיקים רבים.
יישוב הקבע החשוב היחיד במדבר יהודה היה עין גדי. המקום משופע במים, ולכן איפשר התיישבות. במקום היה ישוב החל מהמאה ה-7 לפנה"ס, עד המאה ה-6 לספירה. בעין גדי הייתה חקלאות מפותחת, והיא התפרסמה בעיקר בשל גידול בשמים ובראשם שמן האפרסמון.
עם קום מדינת ישראל היה רובו של המדבר בתחום שלטונה של ממלכת ירדן, לאחר שנכבש על ידה במלחמת העצמאות; והוא עבר לשליטתה של מדינת ישראל לאחר שנכבש במלחמת ששת הימים.
שביל הסימון הראשון במדבר יהודה, מעלה בני המושבים, נפרץ בשנת 1963 בידי חניכי חטיבת בני המושבים בהנחיית איתן גולן ויוסי פלדמן, כשביל תלול המחבר את נחל ערוגות למצודה הישראלית בראש הר מצפה עין גדי.
יישובי קבע הוקמו במדבר יהודה רק הודות למאמץ ההתיישבות הציונית. היישובים הגדולים באזור הם הערים מעלה אדומים וערד. כלכלתם של היישובים במדבר מתבססת בעיקרה על תעשייה, תיירות וחקלאות.
