Με την εγκατάσταση των Βενετών στην Κρήτη (1211) και τη διοικητική οργάνωση του νησιού κατά το πρότυπο της Βενετίας σε έξι εξαρχίες ή σεξτέρια η Σητεία αποτέλεσε τμήμα της εξαρχίας των Αγίων Αποστόλων. Στις αρχές του 14ου αιώνα άλλαξε η διοικητική διαίρεση της Κρήτης και το νησί χωρίστηκε σε τέσσερα διαμερίσματα (Χάνδακας, Χανιά, Ρέθυμνο, Σητεία). Έγινε, λοιπόν, η περιοχή της Σητείας ανεξάρτητο διαμέρισμα με έδρα την πόλη της Σητείας και χωριστό δημόσιο ταμείο, εξαρτημένη όμως σε μεγάλο βαθμό από το Χάνδακα.

Γνωστές οικογένειες Βενετών συγενών της Σητείας είναι η οικογένεια Corner -μέλος της ο Βιτσέντζος Κορνάρος - η οικογένεια Demezzo που έκτισε τη βίλα στην Ετιά και οι οικογένειες Balbi, Benedetti και Querini.

Στη γνωστή ΄΄Περιγραφή της Κρήτης΄΄ του Πέτρου Καστροφύλακα του 1583 το διαμέρισμα της Σητείας αναφέρεται με 22.312 κατοίκους, ενώ η ίδια η πόλη είχε 1391 κατοίκους. Είχε επίσης 12 μοναστήρια και δύο μονές καθολικών.

Εκτός από τον Βιτσέντζο Κορνάρο η Σητεία ανέδειξε αρκετούς λογίους. Μεταξύ αυτών συγκαταλέγονται ο Ανδρέας Κορνάρος, αδελφός του Βιτσέντζου, καθώς και οι αδελφοί Γαβριήλ και Μελέτιος Παντόγαλοι, και οι δύο διακεκριμένοι κληρικοί. Ο Γαβριήλ διετέλεσε για πολλά χρόνια ηγούμενος στης Μονής Τοπλού, ενώ ο Μελέτιος ανήλθε στο αξίωμα του μητροπολίτη Εφέσου. Άλλος λόγιος ήταν ο Ανδρέας Περτζιβάλης. Στη Σητεία έδρασε γύρω στα 1525. ως δάσκαλος, και ο Γεώργιος Καλύβας.

Οι διάφορες επιδημικές ασθένειες καθώς και ο σεισμός του 1508 έπληξαν τη Σητεία. Στις παρακάνω πληγές προστίθενται και οι πειρατικές επιδρομές αλλά και οι οργανωμένες τουρκικές επιθέσεις που μείωναν διαρκώς τον πληθυσμό της Σητείας.

 Το 1538, στη διάρκεια του τρίτου βενετοτουρκικού πολέμου ο τουρκικός στόλος με επικεφαλής τον Χαϊδερίν Μπαρμπαρόσα, πυρπόλησε τη Σητεία, κατέστρεψε και λεηλάτησε τα χωριά Πισκοκέφαλο, Μπεράτι, Μαρωνιά και Τραπεζόντα, έσφαξε και αιχμαλώτισε πολλές οικογένειες Κρητικών.

Η τελική καταστροφή της Σητείας έγινε στα χρόνια του Τουρκικού πολέμου. Στα τέλη του 1647 η πόλη κατεδαφίστηκε. Προσπάθειες των Βενετών να ανακαταλάβουν την περιοχή απέτυχαν.