Через территорию современного города Тихвин и по реке Тихвинка пролегали два важнейших торговых и транспортных пути – «из варяг в греки» и «из варяг в персы».
Исследование многочисленных курганов и могильников показало, что уже в VIII веке здесь шла активная торговля товарами Европы и Азии.
В IX-XII века здесь возникает основанное Рюриком Древнерусское государство. Таким образом, историки могут утверждать, что потомки жителей Тихвина принимали непосредственное участие в призвании на Русь варягов.
Непосредственно город Тихвин упоминается в русских летописях в 1383 году в связи с обретением над водами Ладожского озера чудотворной иконы Божьей Матери, получившей в дальнейшем имя Тихвинской. Для укрепления христианства в этих местах в начале 16 века архитектором Фрязиным был построен каменный Успенский собор, где была и помещена обретенная икона.
В 1547 году перед походом на Казань в город в сопровождении митрополита Макария приезжает русский царь Иван IV Грозный, принимается решение о создании Тихвинского мужского монастыря. В 1575 году Иван Грозный помещает в этот монастырь в заточение свою жену Анну. В 1584 году сын Ивана IV царь Федор жертвует монастырю денежные средства и большой колокол, в первые годы XVII века здесь строится монастырская колокольня.
В XVII веке монастырь принимают активное участие в военных действиях того времени. В 1608 году подвергается разорению со стороны поляков и литовцев, в 1613 году наступавшие на Москву шведы занимают монастырь и оставляют в нем небольшой гарнизон, однако жители монастырского посада поднимают восстание и изгоняют шведов. В дальнейшем монастырь еще несколько раз подвергается набегам шведов.
С 1773 года главная улица города получает название Екатерининской, в честь дарования Тихвину великой императрицей Екатериной II узаконенное звание города. В XVII-XVIII веках город переживает торговый и экономический расцвет. Здесь открывает свои ворота знаменитая на всю Россию Тихвинская ярмарка, через город пролегают международные торговые пути. Большую популярность приобретают работы кузнецов Тихвина.
В XIX веке по указанию императора Петра Первого создаётся Тихвинская судоходная водная система, что способствует развитию города как ремесленного и торгового центра. Через город проходит ссыльный Сибирский тракт. В 1844 году в городе Тихвин появляется на свет великий русский композитор Николай Андреевич Римский-Корсаков.
Двадцатый век Тихвин встречает тихим провинциальным городком вдали от основных транспортных артерий. Однако в 1906 году через город проходит новая железная дорога и станция, что значительно облегчает перемещения горожан и стимулирует экономические и промышленные связи с другими регионами и городами. В 1918 году Тихвин входит в состав вновь созданной Череповецкой губернии. В 1920 году монастырь закрывают и располагают на его площадях тюрьму.
В ноябре 1941 года Тихвин оккупирован немецко-фашистскими захватчиками, в декабре советские войска в результате Тихвинской освободительной операции освобождают город. К сожалению, город подвергся разграблению и разрушению многих архитектурных достопримечательностей, икона Тихвинской Божьей Матери была увезена немецкими войсками. В 2010 году указом президента РФ городу присвоено звание Города воинской славы.
В годы советской власти ведущим городским предприятием является крупнейший машиностроительный завод «Трансмаш», сейчас на месте этого предприятия работает Тихвинский вагонный завод.