Byen blev i 1219 erobret af danskerne, der solgte den til Den tyske Orden i 1346. Tallinn var under svensk herredømme fra 1561 til 1720, hvor svenskerne tabte deres besiddelser i Baltikum under Den store nordiske krig til Rusland. Fra 1919 til den sovjetiske besættelse (efter 2. verdenskrig) var Tallinn hovedstad i Estland. I 1991, efter Estlands selvstændighed, blev Tallinn igen hovedstad.

Byens gamle by, Vanalinn, blev opført i UNESCO's Verdensarvsliste i 1997.