Come i Celti che vivevano nella zona, i Romani chiamavano il fiume Tamigi. Il Tamigi era un importante collegamento tra Londra e Westminster nel XVI e XVII secolo. La corporazione dei navigatori portava i londinesi avanti e indietro in traghetto. Uno di loro, John Taylor, il poeta dell'acqua (1580-1653), descrisse il fiume in una poesia.
Nel XVII e XVIII secolo, in un'epoca che alcuni chiamano la "Piccola era glaciale", il Tamigi si ghiacciava spesso in inverno. Questo portò alla prima "Fiera del gelo" nel 1607, con una tendopoli allestita sul fiume con molti divertimenti strani, come il bowling sul ghiaccio. L'ultima volta che il fiume si ghiacciò fu nel 1814. La costruzione di un nuovo London Bridge nel 1825 potrebbe aver contribuito ad impedirne il congelamento: il nuovo ponte aveva meno pilastri del vecchio, permettendo al fiume di scorrere più facilmente, e impedendogli di scorrere abbastanza lentamente da congelare nei freddi inverni.
Nel XVIII secolo, il Tamigi era uno dei corsi d'acqua più trafficati del mondo, poiché Londra divenne il centro del grande impero britannico. Durante questo periodo uno dei peggiori disastri fluviali dell'Inghilterra ebbe luogo il 3 settembre 1878 sul Tamigi, quando l'affollata imbarcazione da diporto Princess Alice si schiantò contro il Bywell Castle uccidendo oltre 640 persone.
Nel "Grande Puzzo" del 1858, l'inquinamento del fiume divenne così grave che la Camera dei Comuni di Westminster dovette abbandonare la seduta. Le autorità accettarono una proposta dell'ingegnere civile Joseph Bazalgette. Egli spostò l'effluente verso est lungo una serie di fognature interconnesse. Queste si inclinavano verso gli emissari oltre l'area metropolitana.
L'avvento del trasporto ferroviario e stradale, e il declino dell'Impero negli anni successivi al 1945, hanno reso il fiume meno importante di quanto non fosse. Londra stessa non è più utilizzata come porto, e il "Porto di Londra" si è spostato lungo il fiume fino a Tilbury. Il Tamigi è stato notevolmente ripulito, e la vita è tornata alle sue acque morte.
All'inizio degli anni '80 è stata aperta la barriera del Tamigi per controllare le inondazioni. Viene utilizzata molte volte all'anno per fermare i danni causati dall'acqua alle zone basse di Londra lungo il fiume.
Ci sono molti ponti e tunnel che attraversano il Tamigi, tra cui il Tower Bridge, il London Bridge, il Lambeth Bridge e il Dartford Crossing.
Nel settembre 2011 un comico britannico, David Walliams, ha nuotato per tutti i 140 chilometri del fiume, raccogliendo oltre 1 milione di sterline per un ente di beneficenza chiamato Sport Relief. Nella Giornata del Naso Rosso, la gente nuota nel Tamigi per beneficenza.
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