Το Τόκιο ονομαζόταν Έντο, το οποίο οχυρώθηκε για πρώτη φορά τον 12ο αιώνα. Το 1457 κατασκευάστηκε το κάστρο του Έντο. Η ακμή του Τόκιο συνδέεται κατά ένα μεγάλο μέρος με δύο άτομα: τον Τοκουγκάβα Ιεγιάσου και τον αυτοκράτορα Μεϊτζί. Το 1603, μετά την ενοποίηση της Ιαπωνίας, ο Σογκούν Τοκουγκάβα κατέστησε τοΈντο (το σημερινό Τόκιο) βάση του, ξεκινώντας έτσι την Περίοδο Έντο τηςιστορίας της χώρας. Κατά συνέπεια, η πόλη αναπτύχθηκε γρήγορα και εξελίχθηκε σε μια από τις μεγαλύτερες πόλεις στον κόσμο με πληθυσμό που έφτασε το ένα εκατομμύριο μέχρι τον 18ο αιώνα.[2] Έγινε η ντε φάκτο πρωτεύουσα της Ιαπωνίας[3] και παρότι ο αυτοκράτορας ζούσε στο Κιότο, ήταν το Τόκιο αυτοκρατορική πρωτεύουσα. ΤοΤο Τόκιο αρχικά ήταν ένα ψαροχώρι το οποίο ο 1869, ο 17χρονος αυτοκράτορας Αυτοκράτορας Μεϊτζί μετακόμισε στην Έντο την οποία είχε μετονομάσει σε «Τόκυο» («ανατολική πρωτεύουσα») ένα έτος πριν. Το Τόκιο ήταν ήδη το πολιτικό, οικονομικό, και πολιτιστικό κέντρο του έθνους,[4]και η μεταφορά της κατοικίας του αυτοκράτορα εκεί την έκανε και τυπικά πρωτεύουσα. Το κάστρο του Έντο έγινε το αυτοκρατορικό ανάκτορο. Το 1923, η πόλη καταστράφηκε από ισχυρό σεισμό και την πυρκαγιά που ακολούθησε, οι νεκροί και οι αγνοούμενοι ανήλθαν σε 140.000.[5]
Κατά τη διάρκεια του δεύτερου παγκόσμιου πόλεμου το Τόκιο βομβαρδίστηκε με βόμβες εμπρησμού. Την νύχτα της 23ης προς την 24η Φεβρουαρίου 1945 στο Τόκιο έπεσαν οι πρώτες εμπρηστικές βόμβες, καταστρέφοντας πάνω από 2 km² της πόλης. Όμως η μεγαλύτερη και πιο καταστροφική επιδρομή πραγματοποιήθηκε στις 9 και 10 Μαρτίου του ίδιου έτους, όταν 329 αεροσκάφη τύπου Β-29, εκτελώντας νυχτερινή επιδρομή, έριξαν στην πόλη εμπρηστικές βόμβες 1.667 τόνων. Τα ξύλινα σπίτια έπιασαν γρήγορα φωτιά. Τα αποτελέσματα αυτής της πύρινης λαίλαπας ήταν να καταστραφούν 250 χιλιάδες κτίρια. Σύμφωνα με επίσημα στοιχεία, σκοτώθηκαν 83.000 άνθρωποι και 40 χιλιάδες τραυματίστηκαν (στο μεγαλύτερο μέρος τους ήταν πολίτες). Οι εκθέσεις της αστυνομίας του Τόκιο μιλούσαν για περίπου 97 χιλιάδες θανάτους και 125 χιλιάδες τραυματίες (μερικές πηγές λένε μέχρι και σχεδόν 200 χιλιάδες θύματα, περισσότερα δηλαδή από την καταστροφή που προκάλεσαν από κοινού οι δύο ατομικές βόμβες, αλλά και από οποιαδήποτε αεροπορική επιδρομή κατά τη διάρκεια του πόλεμου στην Ευρώπη). Η ενέργεια αυτή έφερε την κωδική ονομασία «Meetinghouse».
Η πόλη ξαναχτίστηκε μετά τον πόλεμο και το 1964 φιλοξένησε τους Ολυμπιακούς Αγώνες. Το Τόκιο επιλέχτηκε να φιλοξενήσει ξανά τους Ολυμπιακούς Αγώνες το 2020.