Batumi powstało na miejscu wcześniejszego fortu rzymskiego "Batys", jako gruzińska twierdza o nazwie "Tamaryscihe". Od około XI wieku miasto nosi obecną nazwę. W XVII wieku zostało zdobyte przez Turków, a następnie zislamizowane. Po wojnie rosyjsko-tureckiej zostało w 1878 roku przyłączone do Imperium Rosyjskiego. W czasie panowania rosyjskiego miasto stało się ośrodkiem przetwórstwa ropy, powstał port naftowy, a także zostało połączone z Baku linią kolejową. Od marca 1918 r. miasto znajdowało się w ręku Turków, a następnie od grudnia tego roku — Anglików, którzy zamierzali wprowadzić w życie projekt wolnego miasta Batumi. W marcu 1921 r. Armia Czerwona obaliła gruziński rząd mienszewicki, a Batumi stało się stolicą autonomicznej Adżarskiej SRR. Od 1991 roku wchodzi w skład Gruzji, będąc stolicą Adżarskiej Republiki Autonomicznej.