En högre tjänsteman vid det tunisiska inrikesdepartementet berättade för Associated Press att Rezgui hade varit i Libyen i januari, samtidigt som två män attackerade ett tunisiskt museum i mars.
De flesta av de döda i Sousse var utländska turister, däribland 30 britter.
Den islamiska statsgruppen (IS) har gjort anspråk på attacken som sin egen.
"Angriparen tränade i Libyen med vapen vid samma tid som Bardo [museum] angriparna," Rafik Chelli från inrikesdepartementet berättade AP.
IS sa också att det var bakom Bardo museet attack i Tunis som lämnade 22 människor döda.
Chelli sade att Rezgui hade rest till den libyska staden Sabratha samtidigt som Bardo-angriparna.
"Han korsade gränserna i hemlighet", sa Chielli till AP.
IS har en betydande närvaro i Libyen, Tunisiens östra granne, och anses kontrollera de större städerna Derna och Sirte.
De tunisiska myndigheterna har släppt foton på två misstänkta, Bin Abdallah och Rafkhe Talari - vänner till Rezgui som polisen ännu inte har hittat.
Rezgui, 23 år, radikaliserades när han studerade ingenjörsvetenskap.
De tunisiska myndigheterna har redan gripit flera misstänkta medbrottslingar.
Tunisiske president Beji Caid Essebsi har dock medgett att säkerhetstjänsten inte var beredd på ett sådant angrepp.
Han sade att extra säkerhet hade satts på plats på andra platser under den islamiska heliga månaden Ramadan, men ingen hade förväntat sig att stränderna skulle vara ett mål.
Förenade kungarikets utrikesministerium har uppdaterat sina reseråd för att varna för att ytterligare terroristattacker i Tunisien är möjliga och har uppmanat människor att vara vaksamma.
Tour företag har lagt på extra flyg och cirka 10 000 brittiska turister har flugit hem från Tunisien sedan fredag, enligt Association of British Travel Agents.
Återbördandet av kroppar av Britons dödade i attacken kommer att börja på onsdag, Downing Street har sagt.
Tjugoen britter har identifierats som offer, och ytterligare nio tros vara bland de döda, tillade den.
Tre irländska turister, två tyskar, en belgare och en portugisisk medborgare dog i attacken.
Repatrieringsprocessen förväntas ta flera dagar och kommer att följas av en gemensam utredning om dödsfallen för alla brittiska offer.
RAF flög de sista fyra av de allvarligt skadade tillbaka till Storbritannien på tisdag och de är nu på sjukhus under behandling.
Andra utvecklingstendenser:
Namnen på dem som dödades i attacken växer långsamt fram. Här är vad vi vet hittills om dem som förlorade sina liv, liksom de som är skadade och saknade.
En del överlevande har också talat ut om sina prövningar.
Seifeddine Rezgui, den tunisiske mannen som dödade 38 personer på Sousses strandort, tros ha utbildats i Libyen, säger säkerhetskällor.