Conform studiilor paleohidrografice, cu aproximativ 2.500 de ani în urmă malul mării se afla la câteva leghe est de actuala Chilie Veche, deoarece brațul Chilia și deltele sale secundare nu erau încă formate. Negustorii greci își aveau în această zonă o comunitate numită Achillea (sau Licostomo, în funcție de perioadă), un port activ pe ruta Pontului Euxin.
Cercetările arheologice au relevat doi tumuli funerari în punctul numit „Ciorticut", la sud-est de Chilia Veche. La locul numit „Selesce" s-au descoperit lulele de lut ars, ceramică, monede și gropi de depozitare a cerealelor — dovezi că la originile sale, Chilia Veche nu se afla pe locul de azi, ci mai la sud, pe malul canalului Chilia-Batag.
Brațul Chilia apare în cronicile bizantine și genoveze sub numele Lykostoma (greacă: „gura lupilor") sau Licostomo, care desemna și portul-cetate de lângă actuala Periprava. Era principala cale de navigație din Deltă, disputată de-a lungul mileniilor de: Bizantini, Bulgari, Ruși, Tătari, Genovezi, Dobrogeni, Munteni, Moldoveni, Turci.