В 1636 году стольнику Роману Боборыкину было поручено построить крепость близ переправы на реке Цна, на старинной Ордабазарской дороге, которая связывала Москву с Нижним Поволжьем, в грамоте царя Михаила Фёдоровича предписывалось: «…на поле, на реке Цна, на усть речки Липовица поставить город Тонбов, а в нём устроить служилых всяких людей». Однако для крепости было выбрано другое место, ниже по течению Цны: «…обложен город Тамбов на реке Цна на левой стороне, на усть речки Студенца апреля в 17-й день, в самый день живоносного Христа Воскресения…».
Город Тамбов возник как укрепленный пункт на бывшем здесь «диком поле». В первое время своего существования Тамбов действительно защищал южные владения Московского государства от набегов кочевников. В 1647 близ города построена система сложных фортификационных сооружений — Тамбовский вал (который наши современники называют «Татарским валом»), ставший частью Симбирской засечной черты (проходила от Симбирска на запад до Козлова (современный Мичуринск), где соединялась с Белгородской Засечной чертой); Тамбов успешно отразил множество набегов степных кочевников, в т. ч. ногайских татар и калмыков в 1656 × 1660 годах, а также нападение войск С. Т. Разина в 1670 году, осаду Л. Хохлача — атамана войск К. А. Булавина в 1706.
Когда укрепленная черта была отодвинута далее на юг, город превратился в мирный пункт. В 1667 году в Тамбове старцем Иосифом был основан Казанский мужской монастырь. В 1685 близ Тамбова епископом Тамбовской епархии (образована в 1682) Питиримом основан Трегуляев Предтеченский монастырь, в 1690 им же в Тамбове — Вознесенский женский монастырь, построен Спасо-Преображенский кафедральный собор. В Тамбове в 1714 году была открыта цифирная школа, носившая общеобразовательный и всесословный характер. С середины 18 века Тамбов окончательно утрачивает значение военной крепости и развивается как центр аграрного района.
Почти через полтораста лет после основания, в 1779 году, город Тамбов походил на большое черноземное село. Почти все дома его были крыты соломой, а болотистые улицы, выложены были фашинником, изрыты ямами и пересечены сорными буграми.
В том же году Тамбов сделан был главным городом Тамбовского наместничества В 1781 году, был утвержден герб города Тамбова — улей и три пчелы на лазоревом фоне как символ трудолюбия и бортного промысла (пчеловодства), которым с давних пор занимались жители Тамбовского края.
В 1786 году город получил в правители известного поэта Г.Р. Державина. Будучи до 1788 года главой Тамбовского наместничества, Г.Р. Державин оказал значительное влияние на развитие культурной жизни города и всего края: в Тамбове он основал театр, типографию, первую в России провинциальную газету «Тамбовские известия», народное училище, положил начало благоустройству города.
В 1843 году открывается институт для воспитания дочерей обедневших дворян — Александрийский институт благородных девиц.
В середине XIX века в Тамбове началось строительство каменных зданий — гостинного двора, присутственных мест, мужской гимназии и Александровского института. Формирование центра города завершилось в конце XIX века строительством Нарышкинской читальни, здания Государственной думы и Дворянского собрания.
В 1787 году в Тамбове была открыта духовная семинария, в 1825 — гимназия, в 1830 — публичная библиотека, в 1843 -, в 1870 — учительский институт, в 1879 — Историко-этнографический музей (ныне — Краеведческий музей); 
в 1890 создано Общество народных чтений, ставшее важным культурным и научно-просветительским центром Тамбовской губернии (здание Общества построено на средства тамбовского мецената Э. Д. Нарышкина).
Город становится крупным центром хлебной торговли, в котором возникают предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, а также небольшие металлообрабатывающие заводы. Промышленность развивалась медленно и в 1913 г. она давала лишь 2% всей продукции промышленности Европейской России. К 1913 на 22 промышленных предприятиях Тамбова было занято около 2,4 тыс. рабочих. Самыми крупными предприятиями Тамбова того времени были железнодорожные мастерские (800 рабочих) и свечной завод (85 рабочих). Кроме них имелось еще порядка 30 мелких полукустарных заводиков.
Как мы помним, развитие Тамбова началось только в начале XIX века. В это время в нем насчитывалось 12 тысяч жителей. В 1872 году Тамбов имел 25 тысяч жителей, по переписи 1897 года в нем оказалось более 48 тысяч человек, а на 1 января 1910 года числится 68400 человек.
В 1920—1921 в городе находился военный штаб по подавлению восстания крестьян Тамбовской губернии под предводительством А. С. Антонова. С 1928 года Тамбов — в составе Центральночернозёмной области, с 1934 — Воронежской области, с 1937 — центр Тамбовской области, включавшей территорию Пензенской и Тамбовской областей, а в 1939 г. Тамбовскую область приняла практически современные границы. О послереволюционном периоде можно сказать как о времени сноса церквей и строительства заводов, клубов, учебных заведений. Осуществлялось и жилищное строительство. Типовые пяти- и девятиэтажки хотя и не добавили красоты облику города, но позволили в какой-то мере решить жилищную проблему в Тамбове, ставшем промышленным центром.
В 1960-х годах началось интенсивное индустриальное развитие Тамбова.Ведущее место в промышленности занимает машиностроение и металлообработка: производство оборудования для химической промышленности, запасных частей для автомобилей и тракторов, приборостроение и электротехническое производство. Химическая промышленность выпускает красители, резинотехнические и резиноасбестовые изделия. Производство стройматериалов; швейная, обувная, пищевая, мебельная промышленность. ТЭЦ.
Город расположен пологим амфитеатром у излучины Цны. Его исторический центр сформировался на левом берегу реки; правый берег Цны почти не имеет городской застройки и занят лесопарками, лугами и садовыми участками. В 1781 году был утверждён генеральный план с радиальной системой улиц; главная улица, проложенная по старой Астраханской дороге, сохраняла изгибы Цны, а поперечные к ней улицы выходили на набережную. Заложенная в 18 веке планировочная структура не нарушена в городской планировке последующего времени; по генеральному плану 1968 года созданы три больших жилых района — центральный, западный и северо-западный.
