Согласно мнению археологов, территория города была заселена еще в III—IV тыс. до н. э. Впервые Тбилиси упоминается в летописях как город-крепость в IV в. н. э. Росту города способствовало выгодное положение на пересечении торговых путей, соединяющих Грузию с Восточным Закавказьем, Ираном, Арменией, Сирией. Скачок в развитии Тбилиси наблюдался при царе Вахтанге I Горгасале. Его сын Вахтанг II сделал Тбилиси столицей восточно-грузинского государства Картли вместо древней Мцхеты.
После вторжения на территорию Грузии арабов Тбилиси стал резиденцией арабского эмира и столицей Тбилисского эмирата. Царь Грузии Давид Строитель начал объединение разрозненных княжеств в крупное централизованное государство. Он освободил город от арабов, и Тбилиси стал столицей объединенного Грузинского государства.

Спустя столетие Тбилиси превратился в один из крупнейших торгово-ремес-ленных и культурных центров Ближнего Востока. Во второй половине XIV в. город подвергся опустошительному нашествию войск Тимура. В конце XV — начале XVII в. столицу неоднократно завоевывали турецкие и персидские войска. Наиболее опустошительным было нашествие персидского шаха Аббаса I в начале XVII в.

Со второй половины XVII в. в развитии города наступил относительно мирный период. В это время активно велось строительство и налаживались торговые связи с соседними государствами. В 1709 г. в Тбилиси была основана первая типография. В 1801 г. Восточная Грузии была присоединена к Российской империи и город стал административным центром Грузинской губернии и резиденцией главнокомандующего русскими войсками. В 1819 г. в нынешней столице начала выходить первая грузинская газета «Сакартвелос газети» («Газета Грузии»).

Строительство железной дороги в Закавказье в 1860-х гг. XIX в. способствовало укреплению статуса Тбилиси как крупного экономического и культурного центра. Во второй половине XIX в. здесь появились кожевенные заводы и табачные фабрики. Наиболее крупным предприятием были Главные мастерские Закавказской железной дороги. К концу XIX в. Тбилиси стал центром революционного движения Закавказья. В 1887 г. здесь была основана одна из первых рабочих организаций Закавказья «Рабочий союз», а 5 лет спустя — первая в Грузии социал-демократическая организация «Месами-Даси».
Начало XX в. ознаменовалось созданием в столице Тбилисского комитета РСДРП, а в марте 1903 г. состоялся I съезд кавказских социал-демократических организаций. Во время революции 1905-1907 гг. рабочие оказывали серьезное сопротивление царским войскам. Тем не менее восстание было жестоко подавлено^ его организаторы наказаны. В период Февральской буржуазно-демократической революции 1917 г. в Тбилиси был создан Совет рабочих, солдатских и крестьянских депутатов, однако руководство в нем захватили меньшевики. 25 февраля 1921 г. победили большевики, и была установлена советская власть. После распада СССР Тбилиси стал столицей независимой Грузии.