Η τέχνη της τοιχογραφίας πιστοποιείται στα νησιά του Αιγαίου από την αρχή της Ύστερης Χαλκοκρατίας. Τα πρωιμότερα δείγματά της προέρχονται από τον οικισμό της Φυλακωπής. Πρόκειται για μια θαλασσινή παράσταση με χελιδονόψαρα, η οποία χρονολογείται στην Υστεροκυκλαδική Ι περίοδο. Την κυριότερη όμως και πλουσιότερη πηγή για τη ζωγραφική τέχνη της Υστεροκυκλαδικής εποχής αποτελούν οι τοιχογραφίες που βρέθηκαν στο Ακρωτήρι της Θήρας. Τα τμήματα των τοιχογραφιών αυτών προέρχονται από τους επάνω ορόφους των κτηρίων του οικισμού, όπου βρίσκονταν προφανώς οι σημαντικότεροι χώροι. Μερικές φορές το εσωτερικό των δωματίων ήταν ολόκληρο καλυμμένο με τοιχογραφίες, τα θέματα των οποίων ήταν ενταγμένα σε ένα προκαθορισμένο εικονογραφικό πρόγραμμα. Οι λεγόμενες μικρογραφικές τοιχογραφίες ήταν μακριές παραστάσεις με μορφές μικρού μεγέθους, οι οποίες ήταν τοποθετημένες στο ύψος του ματιού.

Στις θηραϊκές τοιχογραφίες αναγνωρίζεται η τεχνική της νωπογραφίας, δηλαδή η ζωγραφική επάνω σε ασβεστοκονίαμα, το οποίο ήταν ακόμη νωπό. Σε ορισμένα σημεία χρησιμοποιήθηκε και η τεχνική της υδατογραφίας, η οποία εφαρμοζόταν όταν ο τοίχος ήταν ήδη στεγνός. Οι βαφές προέρχονταν από φυτικές και ορυκτές ύλες και τα χρώματά τους περιορίζονταν -όπως και στις μινωικές- στο λευκό, το μαύρο, το κόκκινο, το γαλάζιο και το κίτρινο.

Τόσο η τεχνοτροπία όσο και η απόδοση των θεμάτων των θηραϊκών τοιχογραφιών δείχνουν ότι τα πρότυπά τους πρέπει να αναζητηθούν στις τοιχογραφίες των μινωικών ανακτόρων και των επαύλεων της Νεοανακτορικής εποχής. Ανάμεσα στα μινωικά στοιχεία διακρίνονται και ορισμένα διακοσμητικά μοτίβα γνωστά από τις μυκηναϊκές τοιχογραφίες και τη μεταλλοτεχνία της ηπειρωτικής Ελλάδας. Τα στοιχεία αυτά ίσως να μην αντιπροσωπεύουν μυκηναϊκές επιδράσεις στις Κυκλάδες, αλλά να είναι τοπικά κυκλαδικά στοιχεία, τα οποία εισήχθηκαν στη ζωγραφική της ηπειρωτικής Ελλάδας.

Σε αντίθεση με τις μινωικές τοιχογραφίες, οι περισσότερες από τις οποίες είναι γνωστές από αμφισβητούμενες αποκαταστάσεις, οι τοιχογραφίες της Θήρας βρίσκονται σε πολύ καλή κατάσταση διατήρησης. Έτσι, εκτός από τη μεγάλη καλλιτεχνική τους αξία προσφέρουν και πολύτιμες πληροφορίες για την καθημερινή ζωή στην αρχή της Υστεροκυκλαδικής εποχής. Η θεματογραφία περιλαμβάνει διαφορετικούς κύκλους: μεμονωμένες ανθρώπινες μορφές, νεκρές φύσεις, θαλασσινά τοπία και τοποθεσίες με πλούσια βλάστηση. Οι εικονιστικές παραστάσεις πλαισιώνονται από αφηρημένα διακοσμητικά θέματα.

Στα θέματα των παραστάσεων κυριαρχούν οι θρησκευτικές σκηνές. Από τις λατρευτικές στάσεις των ανθρώπινων μορφών και τη συνοδεία θρησκευτικών συμβόλων, συμπεραίνουμε ότι οι παραστάσεις των τοιχογραφιών απεικονίζουν συχνά μέλη του ιερατείου, θεότητες και πρόσωπα που συμμετείχαν σε ιερές τελετουργίες. Η συχνή επανάληψη των θρησκευτικών θεμάτων υποδεικνύει επίσης ότι πολλοί από τους χώρους του Ακρωτηρίου χρησιμοποιούνταν ως ιερά.

Εκτός από τις θρησκευτικές σκηνές, ανθρώπινες μορφές εμφανίζονται και σε παραστάσεις κοσμικού χαρακτήρα. Στη μικρογραφική ζωφόρο ή "τοιχογραφία του στόλου", όπως αλλιώς ονομάζεται, από τη Δυτική οικία απεικονίζεται η άφιξη ενός στόλου σε μια παραθαλάσσια πόλη και στιγμιότυπα από μια ναυμαχία. Η παράσταση αυτή -που έχει διηγηματικό χαρακτήρα- δημιουργεί την εντύπωση ότι αναφέρεται σε ένα ιστορικό γεγονός ή σε μια μυθολογική αφήγηση.

Οι πλούσιες τοιχογραφικές παραστάσεις της Θήρας δεν αποτελούν ένα μοναδικό φαινόμενο στην νησιωτική τέχνη. Τα τμήματα τοιχογραφιών που βρέθηκαν στην Αγία Ειρήνη της Κέας και ορισμένα νέα ευρήματα από τη Φυλακωπή δείχνουν ότι οι τοιχογραφίες ήταν μάλλον ένας συνηθισμένος τρόπος διακόσμησης των εσωτερικών χώρων.