Tokió felemelkedése két emberhez köthető: Iejaszu Tokugava sógunhoz és Meidzi császárhoz. 1603-ban, miután Japán addig háborúban álló részeit egyesítették, Iejaszu Tokugava Edoba (a mai Tokió) helyezte székhelyét. Emiatt a város nagyon gyors fejlődésnek indult, és hamar a világ egyik legnagyobb településévé vált. Lakossága már a 18. században elérte az 1 milliót. Spontán módon vált Japán fővárosává, még ha a császár Kiotót jelölte is ki a birodalma központjává.

263 évvel után, a sógunátust megdöntötte két déli prefektúra (Csóshú and Szacsuma) és visszaállították a császári hatalmat. 1869-ben a névleges vezető, a 17 éves Meidzsi császár Edoba költözött, és a várost átnevezte Tokióra (a tokió szó jelentése „Keleti Főváros”). A város már ekkor politikai, gazdasági és kulturális központ volt, valamint a császár is ide helyezte a székhelyét, így Tokió az ország valódi fővárosává válhatott. Az Edo Kastélyból lett a Császári Palota.

Tokiót kétszer rázta meg hatalmas katasztrófa, melyből alig sikerült felépülnie. Először a nagy kantói földrengés 1923-ban, majd a II. világháború. Az 1945-ös tokiói bombázás majdnem olyan pusztító volt, mint a Hirosimára és Nagaszakira ledobott atombombák együttvéve. Egész kerületek váltak a földdel egyenlővé. Manapság már nem nagyon lehet ezeknek a nyomait látni a városon, de a lakók még mindig viselik a megrázkódtatás nyomait.

A háború után Tokiót nagyon fejlett földalatti- és vonathálózattal építették újjá, amit az 1964. évi nyári olimpiai játékokon mutattak be a világnak. A hetvenes években tovább fejlődött a város, megépült a Sunshine 60 és az új, sokszor kétségbevont repülőtér, a Narita (a városon kívül). A népesség 11 millió főre duzzadt (a környező területekkel is beleszámítva). A város földalatti- és vonathálózata a világ legforgalmasabb ilyen jellegű rendszere lett, miután egyre több ember költözött Tokióba. A 80-as években a lakásárak az egekbe szöktek egy spekulációs ingatlan-buborék miatt: sokan nagyon meggazdagodtak, de a 90-es években a buborék kipukkadt, bankok és magánemberek tömege vesztette el minden pénzét emiatt. Ezután gazdasági recesszió következett, így az 90-es éveket „elveszett évtized”-nek nevezik, és ez a recesszió ma is tart.

Tokiót sokszor erős földrengések rázták meg 1703-ban, 1782-ben, 1812-ben, 1855-ben és 1923-ban. Az 1923-as, a Richter-skála szerinti 8,3-as erejű földrengés 142 000 embert ölt meg.