หน่วยงานที่ดูแลพื้นน้ำและการเดินทางทางน้ำของไทยมีมาตั้งแต่สมัยกรุงสุโขทัยเป็นราชธานี โดยมีชื่อเรียกหน่วยงานว่า เจ้าภาษี นายด่าน หรือ นายขนอมตลาด ซึ่งทั้งหมดทำหน้าที่บังคับการจอดสมอเรือค้าขาย เก็บค่าธรรมเนียมเรือค้าขายที่เข้าและออกราชอาณาจักร โดยอยู่ในความปกครอง บังคับบัญชาของกรมพระคลัง

ในสมัยกรุงศรีอยุธยาเป็นราชธานี หน่วยงานนี้มีชื่อเรียกว่า "กรมท่า" หรือ "กรมเจ้าท่า" อยู่ในความควบคุมดูแลของกรมพระคลังสินค้า ซึ่งสันนิษฐานว่าตั้งขึ้นในสมัยพระเจ้าปราสาททอง เป็นหน่วยงานหลวงเพื่อผูกขาดสินค้าบางอย่างเป็นสินค้าต้องห้าม ไม่ให้พ่อค้าประชาชนซื้อขายโดยตรง นอกจากผูกขาดซื้อขายสินค้าแล้ว พระคลังสินค้ายังมีหน้าที่เรียกเก็บค่าธรรมเนียมเรือสินค้าต่างชาติ ค่าภาษีสินค้าและค่าธรรมเนียมเข้าออก

ต่อมาจนกระทั่งสมัยกรุงรัตนโกสินทร์เป็นราชธานี ในสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทางราชการได้ทำสัญญาจ้างกัปตัน จอห์น บูช (John bush) ชาวอังกฤษ มาเป็นผู้ริเริ่มงานฝ่ายเจ้าท่า มีการลงนามในสัญญาระหว่างไทยกับอังกฤษ เมื่อวัน 8ฯ9 ค่ำ จุลศักราช 1221 ปีมะแม เอกศก ตรงกับวันศุกร์ที่ 5 สิงหาคม พ.ศ. 2402 กรมเจ้าท่าจึงถือเอาวันที่ 5 สิงหาคมของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนากรมเจ้าท่า และต่อมา กรมเจ้าท่า ซึ่งแต่เดิมสังกัดในกรมพระคลัง ได้ย้ายสังกัดไปอยู่ในกระทรวงการต่างประเทศ และเมื่อ พ.ศ. 2432 ได้ย้ายไปอยู่กับกระทรวงโยธาธิการ

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พระองค์ โปรดเกล้าฯ ให้ตั้งที่ทำการของกรมที่ตึกเจ้าสัวเส็งริมแม่น้ำเจ้าพระยา ข้างตลาดน้อย ตรงข้ามปากคลองสาน (คือที่ตั้งของกรมเจ้าท่าในปัจจุบัน) ต่อมาใน พ.ศ. 2444 ได้ย้ายสังกัดกรมเจ้าท่าไปขึ้นอยู่ในกระทรวงนครบาล และใน พ.ศ. 2448 กรมเจ้าท่าได้ยกฐานะเป็นกรมชั้นอธิบดี และพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงให้ตราพระราชบัญญัติการเดินเรือในน่านน้ำไทย ร.ศ. 124 (พ.ศ. 2448) และในปีนี้เอง ทรงเริ่มปรับปรุงกิจกรรมกรมเจ้าท่าขึ้นใหม่ โดยยกเอางานบางส่วนจากกรมคลองเดิมมารวมกับกรมเจ้าท่า

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัว ทางราชการได้ยกกระทรวงนครบาลซึ่งกรมเจ้าท่าสังกัด อยู่ไปรวมกับกระทรวงมหาดไทย จนกระทั่งปี พ.ศ. 2484 กรมเจ้าท่าจึงได้ย้ายสังกัดเป็นครั้งสุดท้าย มาขึ้นกับกระทรวงคมนาคมอย่างเช่นปัจจุบัน

ในปี พ.ศ. 2545 ได้มีการปฏิรูปราชการเพื่อให้การทำงานมีความเหมาะสมกับสภาพของงาน ได้มีการรวมสำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมกิจการพาณิชยนาวี ให้เป็นหน่วยงานในสังกัดกรมเจ้าท่า แล้วเปลี่ยนชื่อจากกรมเจ้าท่า เป็นกรมการขนส่งทางน้ำและพาณิชยนาวี สังกัดกระทรวงคมนาคม มีภารกิจเกี่ยวกับการส่งเสริมการพัฒนาระบบการขนส่งทางน้ำและการพาณิชยนาวี ให้มีการเชื่อมต่อระบบการขนส่งอื่นๆ ทั้งการขนส่งผู้โดยสารและสินค้า ท่าเรือ อู่เรือ กองเรือไทย และกิจการเกี่ยวเนื่อง เพื่อให้ประชาชนได้รับความสะดวกรวดเร็ว ทั่วถึง และปลอดภัย ตลอดจนการสนับสนุนภาคการส่งออกให้มีความเข้มแข็ง

ปี พ.ศ. 2552 มีพระราชกฤษฎีกา เปลี่ยนชื่อกรมการขนส่งทางน้ำและพาณิชยนาวี เป็น "กรมเจ้าท่า" พ.ศ. 2552[1] เพื่อให้สอดคล้องกับการปฏิบัติภารกิจของส่วนราชการ และเป็นการระลึกถึงพระมหากรุณาธิคุณของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวที่ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ พระราชทานนามหน่วยงาน