มหาวิทยาลัยโตเกียวก่อตั้งช่วงยุคสมัยเมจิในปี ค.ศ. 1877 ภายใต้ชื่อปัจจุบันโดยรวมโรงเรียนแพทย์ของรัฐบาลเดิมเข้ากับการเรียนการสอนแบบตะวันตกเข้าด้วยกัน หลังจากนั้นได้ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น มหาวิทยาลัยหลวง (帝國大學 เทโคะกุ ไดงะกุ) ในปีค.ศ. 1886 แล้วเปลี่ยนอีกเป็น "มหาวิทยาลัยจักรพรรดิโตเกียว" (東京帝國大學 โทเกียว เทโคะกุ ไดงะกุ) ในปีค.ศ. 1887 เมื่อระบบเครือมหาวิทยาลัยจักรพรรดิเริ่มก่อสร้างตัวขึ้น

มหาวิทยาลัยได้รับอนุญาตจากรัฐบาลเมจิในปี ค.ศ. 1877 ภายใต้ชื่อปัจจุบันด้วยการรวมโรงเรียนรัฐบาลเก่าแก่ด้านการแพทย์ดั้งเดิม และการเรียนรู้สมัยใหม่และได้เปลี่ยนชื่อเป็น มหาวิทยาลัยหลวง (帝國大學 เทโคะกุ ไดงะกุ) ในปี 1886 จากนั้นเป็น "มหาวิทยาลัยจักรพรรดิโตเกียว" (東京帝國大學 โทเกียว เทโคะกุ ไดงะกุ) ​​ในปี 1897 เมื่อระบบมหาวิทยาลัยของจักรพรรดิถูกสร้างขึ้น ในเดือนกันยายน 1923 แผ่นดินไหวและไฟไหม้ทำลายหนังสือประมาณ 700,000 เล่มของห้องสมุดมหาวิทยาลัย หนังสือที่สูญหายรวมถึงห้องสมุดโฮชิโนะ (星野文庫 โฮชิโนะ บุนโกะ) ซึ่งมีหนังสือประมาณ 10,000 เล่ม หนังสือเป็นสมบัติของ โฮชิโนะ ฮิซาชิ ก่อนที่จะเข้าเป็นส่วนหนึ่งของห้องสมุดของมหาวิทยาลัยและส่วนใหญ่เกี่ยวกับปรัชญาและประวัติศาสตร์ของจีน

พอในปี ค.ศ. 1947 หลังจากญี่ปุ่นพ่ายสงครามโลกครั้งที่สอง มหาวิทยาลัยได้กลับมาใช้ชื่อดั้งเดิมอีกครั้ง และเริ่มต้นระบบมหาวิทยาลัยใหม่ในปี ค.ศ. 1949 โทได หรือ โตไดได้ยุบรวมสถาบันการศึกษาขั้นสูงแห่งแรก (ปัจจุบันคือศูนย์โคมาบะ) และสถาบันการศึกษาขั้นสูงแห่งโตเกียวเดิม เข้าเป็นศูนย์ของมหาวิทยาลัย โดยแบ่งแยกการเรียนการสอนปีแรกและปีที่สองของระดับปริญญาบัณฑิตไว้ที่ศูนย์นี้ หลังจากนั้นพอนักศึกษาขึ้นชั้นปีที่สามจึงย้ายเข้าเรียนที่ศูนย์หลักฮงโงะ

แม้ว่ามหาวิทยาลัยจะก่อตั้งขึ้นในช่วงสมัยเมจิ แต่ก็มีรากฐานก่อนหน้านี้ในหน่วยงานดาราศาสตร์ (天文方; 1684), สำนักงานการศึกษาโชเฮอิซากะ (昌平坂学問所; 1797) และสำนักงานแปลหนังสือตะวันตก (蕃書和解御用; 1811) สถาบันเหล่านี้เป็นหน่วยงานของรัฐบาลที่จัดตั้งขึ้นโดยโชกุนโทคุงาวะ (1603–1867) และมีบทบาทสำคัญในการนำเข้าและแปลหนังสือจากยุโรป

คิคุจิ ไดโรกุ บุคคลสำคัญในการศึกษาของญี่ปุ่นทำหน้าที่เป็นประธานของมหาวิทยาลัยหลวงโตเกียว

สำหรับโอลิมปิกฤดูร้อนปี 1964 มหาวิทยาลัยเป็นเจ้าภาพจัดการแข่งขันกีฬาประเภทปัญจกรีฑาสมัยใหม่

มหาวิทยาลัยโตเกียวเข้าร่วมกับกับสมาพันธ์ความร่วมมือมหาวิทยาลัยรัฐบาลแห่งประเทศญี่ปุ่น ภายใต้กฎหมายใหม่ซึ่งใช้กับมหาวิทยาลัยของรัฐทุกมหาวิทยาลัยตั้งแต่ปี ค.ศ. 2004 (ออกนอกระบบ)

แม้ว่าจะสมาพันธ์จะมีความมุ่งหมายเพื่อเป็นอิสระทางการเงินและการบริหาร มหาวิทยาลัยโตเกียวยังคงถูกควบคุมบางส่วนโดยกระทรวงการศึกษา วัฒนธรรม กีฬา วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (มงบุคางะกุโช หรือ มงกะโช)

เมื่อวันที่ 20 มกราคม ค.ศ. 2012 มหาวิทยาลัย ประกาศว่าจะเปลี่ยนจุดเริ่มต้นของปีการศึกษาตั้งแต่เดือนเมษายนถึงเดือนกันยายน เพื่อจัดระเบียบปฏิทินให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล การเปลี่ยนแปลงจะค่อย ๆ เปลี่ยนไปในช่วงห้าปี แต่ประธานคนเดียวได้รับการประกาศอย่างไม่ดีและมหาวิทยาลัยก็ยกเลิกแผนการดังกล่าว

จากนิตยสารเจแปนไทมส์ ระบุว่ามหาวิทยาลัยมีอาจารย์ 1,282 คนในเดือนกุมภาพันธ์ 2012 โดยในจำนวนนั้นมี 58 คนเป็นผู้หญิง

ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2012 เป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยโตเกียวเริ่มหลักสูตรระดับปริญญาตรีสองหลักสูตร ที่สอนเป็นภาษาอังกฤษทั้งหมดและมุ่งเน้นไปที่นักศึกษาต่างชาติ - หลักสูตรภาษาอังกฤษที่ Komaba (PEAK) - หลักสูตรนานาชาติในสาขาญี่ปุ่นในเอเชียตะวันออก และหลักสูตรนานาชาติ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม ในปี 2014 คณะวิชาวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยโตเกียวได้เปิดตัวหลักสูตรการถ่ายโอนระดับปริญญาตรีภาษาอังกฤษทั้งหมด ที่เรียกว่าหลักสูตรวิทยาศาสตร์ทั่วโลก (GSC)

• โรงเรียนกฎหมาย มหาวิทยาลัยโตเกียว
• ห้องสมุดโคมาบะ
• อาคารเรียนหลัก สถาบันฟิสิกส์ของแข็ง มหาวิทยาลัยโตเกียว
• สวนพฤกษศาสตร์โคอิชิคาวะ
• ศูนย์วิจัยโคมาบะ