Byen ble grunnlagt i det 5. århundret Vakhtang I av Iberia, kongen av Georgias forløper, Kaukasisk Iberia. Tbilisi har, med flere avbrudd, vært Georgias hovedstad i nesten 1500 år, og utgjør et viktig industrielt, sosialt og kulturelt sentrum for landet. Ettersom byen befinner seg ved den sørøstlige enden av Europa, nær de viktige handelsrutene mellom øst og vest, har den opp gjennom historien ofte vært et midtpunkt mellom ulike rivaliserende imperier. Tbilisis historie reflekteres i arkitekturen, som er ei blanding av middelaldersk, neoklassisk og sovjetisk stil. Tbilisi har historisk sett vært hjemstedet til folk med ulik kulturell, etnisk og religiøs bakgrunn, men Den ortodokse kirke er i dag den klart største trosretningen.