Gajus Julijus Solinas cituoja Katono Vyresniojo neišlikusią Origines, pagal kurią Tivolį įkūrė Katilas Arkadijietis, Amfiarajo sūnus, pabėgęs nuo skerdynių Tėbuose. Katilas ir jo sūnūs Tiburtas, Koras ir Katilas išvijo sikulus iš Anienės slėnio ir įkūrė Tiburą, miestą pavadintą Tiburto garbei. Istoriniai duomenys rodo, kad Tivolis buvo Alba Longa miesto kolonija. Čia rasta archeologinių radinių iš XIII a. pr. m. e. Miesto pavadinimas galėjo atsirasti nuo Tibro upės ar pavardės Tiberijus.
VergilijusEneidoje Korą ir jaunesnį brolį Katilą padarė dvyniais ir Tiburo armijos vadais, kurie padėjo Turnui.
Nuo etruskų laikų, Tibure, sabinų mieste, buvo sibilė. Virš krioklių buvo dvi mažos šventyklos: viena Vestai, o kita sibilei, kurią Terencijus Varas vadina Albunea, vandens nimfa, garbinamą kaip dešimtoji sibilė šalia devynių, kurias mini graikų autoriai. Netoliese Faunas turėjo šventą giraitę. Romėnų laikais miestas išlaikė svarbą, nes buvo kelyje per Apeninus į Abrucų regioną.
Iš pradžių Tiburas buvo nepriklausomas Romos sąjungininkas, bet 361 m. pr. m. e. perėjo į galų pusę, tačiau 338 m. pr. m. e. romėnai užėmė miestą. Tiburas gavo Romos pilietybę 90 m. pr. m. e. ir tapo kurortu, žinomu del savo grožio ir gero vandens, kur buvo daug romėnų vilų. Garsiausia iš jų yra Adriano vila. Gajus Cilnijus Mecenatas ir Augustas irgi čia turėjo vilas. Tibure taip pat buvo kukli Horacijaus vila. Jis su Katulu ir Stacijumi mini miestą savo poemose. Imperatorius Aurelianas čia apgyvendino Zenobiją, į nelaisvę patekusią Palmyros karalienę, 273 m. Atkasta II a. Heraklio Nugalėtojo šventykla. Katedros aikštėje anksčiau buvo forumas.
Miestas buvo pradėtas vadinti Tiburi, vėliau Tibori, Tiboli ir galiausiai Tivoli. Tačiau jo gyventojai vis dar vadinami Tiburtini.
VI a. bet Gotų karus miestą įtvirtino Belisarijus, bet Totilosostgotai jį sugriovė. Po karo čia atsirado Bizantijos kunigaikštystė, kuri vėliau buvo prijungta prie popiežiaus valstybės.
Nuo X a. Tivolis buvo nepriklausomas miestas, kurį valdė rinkti konsulai. Jis buvo aršus Romos priešas ir su ja varžėsi dėl valdžios skurdžiame centriniame Lacijuje. Imperatorius Otonas III užėmė Tivolį 1001 m. ir atidavė popiežiui. Tačiau dalį savivaldos miestas išlaikė iki XV a. Tuo metu atsirado Arengo rūmai, Torre del Comune, Šv. Mykolo bažnyčia, o 1155 m. leista statyti naujas sienas, nes mieste daugėjo gyventojų. Tų laikų neramumus atskleidžia bokštai-namai Vicolo dei Ferri, Via Postera, Via del Seminario ir Via del Colle gatvėse.
Pijaus pilis
XIII a. Romos senatas paskėrė mokesčius ir grafą Tivoliui, kuris turėjo valdyti su rinktais konsulais. XIV a. miestas buvo gvelfų pusėje ir rėmė popiežių Urboną VI kovoje su antipopiežiumi Klemensu VII. Karalius Ladislajus Sicilietis dukart buvo nustumtas nuo Tivolio, kaip ir garsus karo vadas Braccio da Montone.
Renesanso laikais popiežiai ir kardinolai statė pastatus ne tik Romoje, bet ir Tivolyje. Pijus II liepė pastatyti didelę pilį 1461 m.
Nuo XVI a. toliau buvo statomos vilos. Garsiausia iš jų Vila d'Estė, kurią pradėjo statyti 1549 m. Pirro Ligorio kardinolui Ippolito II d’Este su freskomis, kurias kūrė vėlyvojo Romos manierizmo atstovai Livio Agresti ir Zukari broliai. 1527 m. miestą nusiaubė imperatoriaus Karolio V rėmėjai, sudegė svarbus archyvas. 1547 m. Tivolį užėmė Albos kunigaikštis kare su popiežiumi Pauliumi IV ir 1744 m. austrai.
