Le origini della città risalgono alla seconda guerra punica.
Nel 218 a.C. una spedizione romana, sbarcata nella città greca di Emporion (oggi Empúries) si dirige verso sud per controllare i territori a nord del fiume Ebro. La spedizione è guidata da Gneo Cornelio Scipione, a cui più tardi si aggiungerà il fratello Publio Cornelio Scipione: una guarnigione si insedia nei pressi dell'antico oppidum indigeno, che si trasformerà nella più importante base militare romana in Hispania, la città di Tarraco.
Plinio testimonia che Tarragona nacque per opera degli Scipioni (Tarraco Scipionorum opus) e dagli stessi venne fortificata con mura ciclopiche.
La via Heraclea collegava la città ai Pirenei e prese più tardi il nome di via Augusta.
In età repubblicana la città era probabilmente suddivisa in un accampamento militare nella parte alta e in una zona residenziale presso il villaggio iberico e il porto. La presenza militare si amplia con commercianti e cittadini romani che si stabiliscono nei nuovi territori conquistati. Di quest'epoca si conservano principalmente le mura, costruite probabilmente intorno al 197 a.C., data di istituzione della provincia romana di Hispania Citerior.
Intorno alla metà dello stesso secolo le mura furono ampliate.
Nella guerra tra Cesare e Pompeo, si schierò dalla parte di Cesare e ottenne lo status di colonia nel 45 a.C.
Nel 27 a.C. divenne la capitale della provincia che prese il nome di Hispania Tarraconensis.
Negli anni 26-25 a.C. Augusto vi risiede dirigendo le campagne militari che completano la conquista in Cantabria e nelle Asturie. La città ricevette un forte impulso urbanistico (costruzione del teatro e monumentalizzazione del foro cittadino).
Nel 73 d.C. alle province iberiche fu concessa la cittadinanza latina. In seguito alle trasformazioni amministrative, Tarraco, capitale provinciale, fu dotata, in aggiunta al foro coloniale, il vecchio foro cittadino, di un nuovo immenso foro provinciale, a cui pochi anni dopo si aggiunse il circo. Nel corso del II secolo venne inoltre costruito un anfiteatro.
Nel tardo impero perse il ruolo di capitale, pur essendo sede saltuariamente del comes Hispaniarum.
Dopo la conquista visigota rimane tuttavia città di una certa importanza, come sede ecclesiastica arcivescovile;
si impegna anche a conservare le installazioni portuali.
Con la conquista araba nel 713 inizia invece un periodo di decadenza e abbandono.
Dopo la riconquista, la ripresa della città deve attendere il XII secolo: nel 1129 l'arcivescovo di Tarragona, Oleguer Bonestruga, che risiedeva a Barcellona, cedette la città in vassallaggio a Roberto Burdet, un cavaliere normanno che aveva servito agli ordini di Alfonso I d'Aragona, il quale ottenne il titolo di principe di Tarragona ("Princeps Tarraconensis"). Il principe restaura alcuni antichi edifici e fa di un'antica torre romana (oggi "Torre del pretorio") il proprio castello.
Nel 1146 il nuovo arcivescovo Bernat Tort si trasferì nella città, iniziando un periodo di conflitti giurisdizionali tra principe e arcivescovo, che culminò nell'assassinio dell'arcivescovo allora in carica Hug de Cervelló nel 1171. I normanni furono esiliati a Maiorca e le loro proprietà passarono al conte re di Barcellona Alfonso I il Casto.
In questo periodo la città si era nuovamente sviluppata e vi era sorto un consiglio cittadino.
A partire dalla fine del XII secolo l'area ortogonale dell'antico foro provinciale venne interamente occupata dall'abitato, sorto in modo pianificato, su una rete di strade.
A partire dal 1171 si iniziò a costruire la cattedrale, consacrata nel 1331.
Nel XVI secolo le difese vennero ricostruite contro gli attacchi dei pirati. La città divenne un'importante piazzaforte militare e le mura bloccarono le sue possibilità di espansione urbanistica. Diverse epidemie continuavano inoltre a far diminuire la popolazione.
Durante la guerra di successione del 1702-1714 la città fu difesa da una guarnigione inglese, che ampliò il sistema difensivo con una serie di fortini e baluardi oggi in gran parte scomparsi.
Alla fine del XVIII secolo si ebbe una ripresa: il porto fu ricostruito ed ebbe il permesso di commercio con le Americhe.
Nel 1811 la città fu presa dalle truppe napoleoniche e per oltre due anni, dal 26 gennaio 1812 al 10 marzo 1814, fu annessa al primo impero francese, all'interno del quale divenne una sottoprefettura del dipartimento delle Bocche dell'Ebro.
Finita l'occupazione francese, il recupero e la ricostruzione fu aiutato dal governo centrale con l'esenzione dalle imposte tra il 1816 e il 1826. Fu ripristinato il porto e si favorì l'insediamento di commercianti stranieri, che contribuirono alla formazione di una piccola borghesia e alla modernizzazione della città.
Dal 1868 la città non fu più piazzaforte militare e si iniziarono a smantellare le mura, ormai inutili di fronte agli sviluppi delle tecniche militari, favorendo il collegamento tra il nucleo più antico e la zona del porto: la prima restò residenza della nobiltà e degli ecclesiastici, mentre la seconda, più dinamica ospitava la borghesia commerciale e gli artigiani.
Le opere per la costruzione del porto e lo sviluppo urbanistico portarono alle
prime scoperte archeologiche e alla formazione di un museo archeologico.