17 września 1918 Estońskie Stowarzyszenie Inżynierów utworzyło szkołę inżynierską pod nazwą Specjalne Kursy Inżynierskie. Data ta jest uznawana jako początek istnienia Tallińskiego Uniwersytetu Technicznego. Otworzono wtedy pięć kierunków: mechaniczny, elektryczny, inżynierii lądowej i wodnej, budowy statków oraz architektury. W 1919 szkoła została przekształcona w prywatne Kolegium Inżynierskie, a w 1920 uznana za instytucję państwową. Wypracowana została estońska terminologia techniczna oraz powstały pierwsze książki techniczne w tym języku. W 1923 odbyły się pierwsze w Estonii obrony dyplomów inżynierskich.

15 sierpnia 1936 decyzją władz państwowych szkoła otrzymała status uniwersytetu pod nazwą Talliński Instytut Techniczny, w ramach którego funkcjonowały dwa wydziały mechaniczno-inżynieryjny oraz górniczo-chemiczny. Od 1938 zaczęła funkcjonować nazwa Talliński Uniwersytet Techniczny. Sukcesywnie powstawały nowe wydziały, w 1940 wydział ekonomii, w 1958 energetyki, a w 1965 inżynierii sterowania.

Struktura Uniwersytet Techniczny w Tallinnie składa się z 4 wydziałów oraz kilku instytucji pozawydziałowych.