Томский политехнический университет был основан 11 мая 1896 году. Первоначально он назывался «Томский технологический институт». Основное здание университета построено по проекту архитектора Роберта Марфельда. В создании института и особенно его химического отделения принимал активное участие Дмитрий Менделеев.

Занятия начались 9 октября 1900 года, первую лекцию прочитал профессор Владимир Некрасов. В 1925 году ТТИ был переименован в «Сибирский технологический институт». Был создан научно-исследовательский институт прикладной физики.

В 1930 году СТИ был разделен на 5 институтов, три из которых остались в Томске, Сибирский строительный был переведен в Новосибирск, а Сибирский металлургический - в Новокузнецк. В 1934 году три института были объединены в «Томский индустриальный институт».

Постановлением ЦИК СССР Томскому индустриальному институту было присвоено имя Сергея Кирова 5 марта 1935 года. В 1940 году институт был награжден орденом Трудового Красного Знамени. В 1944 году переименован в «Томский политехнический институт».

В 1957 году при ТПИ был открыт научно-исследовательский институт ядерной физики. В 1962 году на базе радиотехнического факультета был создан институт радиоэлектроники и автоматических систем управления. В 1967 году запущен ядерный реактор института.

В 1971 году Томский политехнический институт был награжден орденом Октябрьской революции. В 1981 году в составе ТПИ был создан учебно-научный комплекс «Кибернетика». В 1991 году 18 октября Совет министров РСФСР принял постановление № 552 «О преобразовании Томского политехнического института в Томский политехнический университет».

В 2009 году вошел в число 12 победителей конкурса по отбору программ развития университетов, в отношении которых устанавливается «национальный исследовательский университет» и стал единственным вузом 2009 года, получившим эту категорию.

В июле 2013 года университет вошел в число победителей конкурса на статус «Ведущие университеты России». Таких вузов всего 17 в Российской Федерации.

На базе отдельных факультетов, кафедр и специальностей Томского политехнического университета в разное время было открыто более 20 самостоятельных вузов в Москве, Новосибирске, Омске, Томске, Северске, Красноярске, Иркутске, Кемерово, Барнауле, Чите, Хабаровске и других российских городах.