Tartu universitāte ir dibināta 1632. gadā pēc karaļa Gustava II Ādolfa rīkojuma kā tolaik Zviedrijai piederošo Vidzemes un Igaunijas provinču augstskola ar nosaukumu Academia Gustaviana.

Par teoloģijas profesoru kļuva kurzemnieks Georgs Mancelis, viņš 1636.—1637. gadā bija arī akadēmijas rektors. Sakarā ar Otrā Ziemeļu kara darbību akadēmija 1656. gadā tika pārcelta uz Tallinu un 1665. gadā uz laiku slēgta.

1690. gadā pēc Zviedrijas karaļa Kārļa XI rīkojuma augstskola Tērbatā atjaunoja darbību kā Academia Gustavo-Carolina, tomēr bada gadu dēļ to pārcēla uz Pērnavu 1695. gadā, kur tā ar pārtraukumu 1697. — 1699. gadā darbojās arī Lielā Ziemeļu kara laikā. Akadēmija tika slēgta tikai pēc tam, kad krievu karaspēks 1710. gada 12. augustā ieņēma Pērnavu.

Universitāte 1802. gadā tika atjaunota pēc Krievijas imperatora Aleksandra I rīkojuma kā Ķeizariskā Universitāte Tērbatā (Kaiserliche Universität zu Dorpat). Atjaunošanas iniciatīva nāca no Vidzemes bruņniecības, no 1802. līdz 1893. gadam mācību valoda universitātē bija vācu. 19. gadsimta vidu uzskata par universitātes zelta laikmetu, un šajā periodā universitātē mācījās daudzi latviešu kultūras, ekonomikas un politiskie darbinieki, tostarp Krišjānis Valdemārs, Krišjānis Barons, Juris Alunāns un Kronvaldu Atis.

Vēlākā periodā rusifikācijas dēļ skolu pameta lielākā daļa tās vācu izcelsmes pasniedzēju, un universitāte palēnām sāka zaudēt savu starptautisko prestižu.

1919. gadā uz universitātes bāzes tika izveidota igauniskā Tartu Universitāte. Padomju okupācijas periodā tā tika pārdēvēta par Tartu Valsts Universitāti, tā kļuva par nozīmīgu socioloģisko datu apstrādes centru visā PSRS.

1989. gadā universitāte atguva savu iepriekšējo nosaukumu.

Pašlaik universitātē ir apmēram 19 000 studentu, starp tiem 1200 doktorantu. Universitātei ir plaša starptautiskā sadarbība un studenti no dažādām pasaules valstīm, tostarp no Latvijas. Universitāte piedāvā pilnu akadēmisko izglītību dažādās nozarēs, sniedzot arī iespēju studentiem mācīties angliski.