तमिळनाडूला भारतातील सर्वात दीर्घ अखंड इतिहासांपैकी एक लाभला आहे. चेन्नईजवळील अत्तिरमपक्कम येथे सापडलेली दगडी हत्यारे दक्षिण आशियातील आदिमानवांच्या सर्वात जुन्या पुराव्यांपैकी आहेत, आणि तिरुनेलवेलीजवळील आदिचनल्लूर येथील लोहयुगीन कुंभदफने हजारो वर्षांपूर्वीचे संघटित समुदाय दर्शवतात. मदुराईजवळील कीळडी येथे अलीकडे झालेल्या उत्खननात विटांच्या इमारती, विहिरी आणि तमिळ ब्राह्मी लिपीत अक्षरे कोरलेली मातीची भांडी सापडली आहेत, जी सुरुवातीच्या ऐतिहासिक काळातील नागरी संस्कृतीकडे निर्देश करतात. हे शोध पाहण्यासाठी कीळडी स्थळ संग्रहालय हे उत्तम ठिकाण आहे.
इसवी सनाच्या प्रारंभाच्या आसपासच्या शतकांमध्ये या प्रदेशावर चेर, चोळ आणि पांड्य या तीन प्रसिद्ध राजवंशांनी राज्य केले, आणि त्यांचा उल्लेख अशोकाच्या शिलालेखांतही आढळतो. हे संगम साहित्याचे युग होते. प्रेम, युद्ध आणि दैनंदिन जीवन यांविषयीच्या तमिळ काव्याचा हा एक विलक्षण संग्रह आहे. तमिळ बंदरांमधून रोमन जग आणि आग्नेय आशियाशी मिरी, मोती आणि वस्त्रांचा व्यापार चालत असे, आणि कावेरी नदीवरील ग्रँड अनिकट किंवा कल्लणई धरण बांधण्याचे श्रेय परंपरेने सुरुवातीचे चोळ राजा करिकाल यांना दिले जाते.
साधारण सहाव्या ते नवव्या शतकांत पल्लवांनी कांचीपुरम येथून राज्य केले आणि भारतातील काही सर्वोत्कृष्ट प्रारंभिक दगडी स्थापत्य निर्माण केले. मामल्लपुरम येथील त्यांची कातळात कोरलेली देवालये, प्रचंड उत्थित शिल्पे आणि शोअर टेम्पल हे युनेस्को जागतिक वारसा स्थळ आहे, आणि कांचीपुरममधील कैलासनाथ मंदिर हे त्या काळाचे रत्न आहे. याच काळात नायनार आणि आळवार संतांची भक्तिकाव्ये सर्वदूर पसरली. नवव्या शतकापासून साम्राज्यवादी चोळांचा उदय होऊन त्यांनी दक्षिणेवर वर्चस्व प्रस्थापित केले. पहिल्या राजराजाने तंजावर येथे भव्य बृहदीश्वर मंदिर बांधले, जे सुमारे 1010 मध्ये पूर्ण झाले, आणि त्याचा मुलगा पहिला राजेंद्र याने आग्नेय आशियात नाविक मोहिमा पाठवल्या आणि गंगैकोंड चोळपुरमची स्थापना केली. ही मंदिरे, दारासुरम येथील ऐरावतेश्वर मंदिरासह, ग्रेट लिव्हिंग चोळ टेम्पल्स या जागतिक वारसा स्थळाचा भाग आहेत.
तेराव्या शतकात नंतरच्या पांड्यांनी आपली सत्ता पुन्हा प्रस्थापित केली, आणि त्यानंतर चौदाव्या शतकाच्या सुरुवातीला दिल्ली सल्तनतीच्या स्वाऱ्या झाल्या आणि मदुराई येथे अल्पकालीन सल्तनत स्थापन झाली. त्यानंतर विजयनगर साम्राज्याने हा प्रदेश आपल्या अधिपत्याखाली आणला, आणि त्याचे प्रांताधिकारी, म्हणजे मदुराई, तंजावर आणि जिंजीचे नायक, स्वतःच बलशाली राज्यकर्ते बनले. मदुराईतील प्रसिद्ध मीनाक्षी मंदिराचा बराचसा भाग आणि तिरुमलै नायक महाल नायक काळातील आहेत. सतराव्या शतकात मराठ्यांनी तंजावर येथे राज्य स्थापन केले, जेथील राजवाडा आणि सरस्वती महाल ग्रंथालय आजही पाहता येते.
सोळाव्या शतकापासून युरोपीय व्यापारी येथे आले. डॅनिश लोक ट्रँकेबार म्हणजेच आताच्या तरंगम्बाडी येथे स्थायिक झाले, आणि इंग्रज ईस्ट इंडिया कंपनीने 1640 च्या दशकात मद्रास येथे फोर्ट सेंट जॉर्ज बांधला. हीच आधुनिक चेन्नईची सुरुवात होती. फ्रेंचांशी झालेल्या स्पर्धेतून कर्नाटक युद्धे झाली, आणि सुमारे 1800 पर्यंत ब्रिटिशांनी मद्रास प्रांत म्हणून या प्रदेशाच्या बहुतांश भागावर नियंत्रण मिळवले. प्रतिकारात पाळेगार युद्धे आणि 1806 च्या वेल्लोर बंडाचा समावेश होता. या प्रदेशातील स्वातंत्र्यसैनिकांमध्ये व्ही. ओ. चिदंबरम पिल्लै, कवी सुब्रमण्य भारती आणि 1930 मध्ये वेदारण्यमपर्यंत मीठ यात्रेचे नेतृत्व करणारे सी. राजगोपालाचारी यांचा समावेश होता.
स्वातंत्र्यानंतर 1950 मध्ये मद्रास प्रांताचे मद्रास राज्य झाले. 1953 मध्ये त्याच्या तेलुगूभाषक उत्तर जिल्ह्यांतून आंध्र राज्य निर्माण झाले, आणि 1956 च्या पुनर्रचनेत मलबार प्रदेश केरळकडे गेला, तर त्रावणकोर कोचीनमधून कन्याकुमारी जोडण्यात आले. जानेवारी 1969 मध्ये मद्रास राज्याचे नाव तमिळनाडू करण्यात आले, आणि 1996 मध्ये त्याची राजधानी मद्रासचे नाव चेन्नई करण्यात आले.