თბილისის ცენტრალური სახელმწიფო არქივი, შეიქმნა 1921 წ. 21 თებერვალს ქალაქის თვითმმართველობის საუწყებო არქივის ბაზაზე, როგორც თბილისის საქალაქო არქივი. 1921 წ. 18 აგვისტოს არქივს ეწოდა ქალაქის რევკომის სამმართველოს საინფორმაციო ნაწილის სექცია და თბილ. რევკომის საკომენდანტო შენობის პირველ სართულზე ორი ოთახი დაეთმო. აქ თავმოყრილი იყო 1840–1920 წწ. დოკუმენტები. თბილ. რევკომის გაუქმების (1921 წ. 14 დეკ.) შემდეგ არქივი თბილ. მუშათა, გლეხთა და წითელარმიელთა საქალაქო საბჭოს აღმასკომის საუწყებო არქივი გახდა. შემდგომი რეორგანიზაცია საქალაქო და სამაზრო აღმასკომების გაერთიანებით (1923) იყო გამოწვეული. 1926 არქივი სამაზრო საარქივო ბიუროდ ჩამოყალიბდა, 1933 მუნიციპალურ არქივად გადაკეთდა, 1937 წ. 1 თებერვალს არქივი საკომენდანტო შენობიდან პ. ჩაიკოვსკის ქ. N11-ში გადაიტანეს და ოთხ ოთახში განათავსეს (183 მ² ფართი). 1939 წ. 25 აპრილიდან თბილ. საქალაქო არქივი შინაგან საქმეთა სახ. კომისარიატის გამგებლობაში გადავიდა. საქ. სსრ მინისტრთა საბჭოს 1963 წ. 23 აგვისტოს დადგენილებით, იგი მუდმივი შემადგენლობის არქივი გახდა.
1970 არქივთან შეიქმნა სამეურნეო ანგარიშსწორების ჯგუფი, რ-იც 1971-იდან საცნობარო განყ-ბა გახდა. 1972 თბილ. საქალაქო არქივს 5-სართულიანი არქივსაცავი გადასცეს. საქ. სსრ მინისტრთა საბჭოს 1979 წ. 8 ივნ. განკარგულებით არქივს ეწოდა თბილ. საქალაქო სახელმწ. არქივი. დოკუმენტების ეფექტური გამოყენების მიზნით 1974 და 1988 გამოვიდა მეგზურები; გამოცემულია დოკუმენტური მასალების კრებ. სახელწოდებით: „თბილისის საქალაქო საბჭოს აღმასკომი რეზოლუციებსა და გადაწყვეტილებებში” (7 ტ.).
თბილ. მერიის საქალაქო კოლეგიის 1996 წ. 15 მარტის დადგენილებით თბილ. საქალაქო სახელმწ. არქივი გახდა თ. ც. ს. ა. აქ ინახება სახელმწ. ხელისუფლების ადგილობრივი ორგანოების, ქალაქის დაგეგმარების, დაფინანსების, სახელმწ. დაზღვევის, მრეწველობის, ტრანსპორტისა და კავშირგაბმულობის, მშენებლობისა და არქიტ., კომუნ. მეურნეობის, სახ. განათლების, კულტ., ჯანდაცვის, სოც. უზრუნველყოფის, სპორტის, ვაჭრობის, მომარაგების, სამომხმარებლო და სარეწაო კოოპერაციის, საქალაქო დაქვემდებარების სხვა დარგების დოკუმენტური მასალები, დედაქალაქის გამოჩენილი ადამიანების პირადი ფონდები და თბილ. ისტორიისათვის მეტად მნიშვნელოვანი ფოტო- და ფონოდოკუმენტები 1921 წლიდან დღემდე.
2006 წ. 29 დეკემბერს მიღებული საქართვ. კანონის „ეროვნული საარქივო ფონდისა და ეროვნული არქივის შესახებ” შესაბამისად, 2007 წ. 1 იანვრიდან თ. ც. ს. ა. გახდა საჯარო სამართლის იურიდ. პირი (სსიპ), საქართვ. ეროვნ. არქივის ტერიტ. ორგანო – თბილ. ცენტრ. არქივი.
არქივს სხვადასხვა დროს ხელმძღვანელობდნენ: ქ. ქავთარაძე (1921–36), ბ. ხარაიძე (1936–39), ბ. გეგელია (1940–49), გ. ჯინჭარაძე (1949–53), ი. ბერაძე (1954– 2005), მ. კვარაცხელია (2005-იდან დღემდე).