Era filha do deus-rio Ínaco, que por sua vez era filho de Oceano e Tétis. Foi sacerdotisa da Hera argiva e pertenceu a raça real de Argos. Outras versões a tratam como uma ninfa, mas Io não é associada a nenhum elemento natural como as ninfas costumam ser.

Sua beleza despertou a paixão de Zeus, que, para cortejá-la, cobriu o mundo com um manto de nuvens escuras, escondendo seus atos da visão de Hera. A estratégia falhou e a deusa, desconfiada, desceu do monte Olimpo para averiguar o que estava acontecendo. Numa vã tentativa de iludir sua esposa ciumenta, o deus transformou sua amante em uma belíssima novilha branca. Intrigada pelo interesse do marido no animal e maravilhada com a beleza do mesmo, Hera exigiu a novilha para si e a pôs sob a guarda do gigante Argos Panoptes. Argos quando dormia mantinha abertos cinqüenta de seus cem olhos.

Zeus encarregou Hermes de libertar sua amada. Para tanto, o mensageiro dos deuses, usando a flauta de Pã, pôs para dormir os olhos despertos de Argos, enquanto os outros cinqüenta dormiam um sono natural, e cortou sua cabeça. Hera recolheu os olhos de seu servo e os pôs na cauda do pavão, animal consagrado a ela.

Io estava livre do cativeiro, mas não dos tormentos de Hera. O fantasma de Argos continuava a persegui-la. Para piorar sua situação, a deusa enviou um moscardo para picar a novilha constantemente durante sua fuga.

Io perambulou de Micenas para Eubéia. Atravessou a Ilíria e subiu o monte Hemos, na Trácia. O mar cujas praias percorreu recebeu o nome de Mar Iônio. O Estreito de Bósforo, que liga o Mar de Mármara ao Mar Negro, cujo significado é Passagem da Vaca, foi batizado assim após Io tê-lo cruzado a nado. Atravessou a Cítia e ao chegar ao monte Cáucaso, encontrou Prometeu acorrentado em uma rocha. O titã disse que, ao alcançar o Egito, ela seria restaurada a sua forma humana por Zeus e teria um filho. A criança seria a primeira de uma linhagem que culminaria com Hércules, que acabaria por libertar o próprio Prometeu.

Io fatalmente chegou às margens do Nilo. Cansada de tanto sofrimento, implorou a Zeus por um fim. O deus comovido foi falar com Hera e ambos restauram Io a sua forma humana. Ela teve um filho, Épafo, que foi roubado pelos Curetes sob ordens de Hera. Io recuperou o menino e reinou sobre o Egito, sob nome de Ísis e casada com Telégono. Sua coroa tinha dois pequenos chifres de ouro, lembranças de sua transformação.

O mito de Io pode ser interpretado como uma alegoria lunar, na qual a fuga da novilha representaria o movimento da Lua e os olhos de Argos, o céu estrelado.

Por vezes o mito de Io se confunde com os da deusa Ísis, Hator e mesmo Ishtar.

Uma pequena lenda paralela diz que as lágrimas da novilha Io caíram sobre as asas de um inseto, marcando-as eternamente e dando origem à bela borboleta Inachis io.

Io é também uma das luas do planeta Júpiter, nomeado assim a partir da contraparte romana de Zeus.