Le Val de Saône, par son orientation Nord-Sud et sa position en prolongement du couloir rhodanien est un axe naturel de transit sans doute depuis le début de l'humanité.
Les nombreux vestiges préhistoriques trouvés dans la région témoignent d'un peuplement très ancien.
Contemporains de César et Vercingétorix ("vers 52 Av. J.C., un village d'irréductibles Gaulois..."), les Eduens, peuple de la Gaule celtique, fondateurs de Bibracte (au sommet du Mont Beuvray, à une centaine de kilomètres au Nord-Ouest de Tournus, occupaient aussi le site de Tournus.
A Tournus même, de nombreux vestiges de cette époque ont été retrouvés (vestiges du mur d'enceinte du castrum romain encore visibles au Sud de la ville, trousse d'ophtalmologiste gallo-romaine exposée au musée Greuze...).
Plus récentes, des sépultures mérovingiennes (la lignée des rois mérovingiens comprend Clovis, Dagobert...) présentent aussi quelque intérêt pour les chercheurs.
Sans doute parce que les archives religieuses sont souvent les mieux conservées, une large part de l'histoire de Tournus se confond avec celle de son Abbaye.
En 875 une charte de Charles le Chauve, roi de France, permet la fondation d'une nouvelle abbaye bénédictine à Tournus, sous le vocable de Saint-Philibert.
Cette fondation met un terme à une quarantaine d'années d'errance pour des moines venus de Noirmoutier avec les reliques de Saint Philibert. Leur traversée de la France a été parsemée de tentatives d'établissement en différents lieux tels que Saint-Philbert-de-Grand-Lieu (près de Noirmoutier) ou Saint-Pourçain-sur-Sioule (dans l'Allier) perturbées par des attaques contre leurs monastères.
Un monastère dédié à Saint Valérien existe déjà à cette époque (l'église est toujours debout, à quelques pas de l'Abbaye).
Après de nouvelles péripéties dont des querelles avec les moines de Saint-Valérien et plusieurs invasions et destructions par des barbares, l'église abbatiale Saint-Philibert actuelle est construite à la fin du XIe siècle sur l'emplacement d'une église plus ancienne.
A son apogée l'Abbaye de Tournus essaime et fonde une dizaine de communautés religieuses placées sous son autorité, jusqu'en Provence. Son influence s'amenuise ensuite jusqu'à la Révolution.
Le bourg s'étend déjà sous les remparts de l'Abbaye et jusqu'au Sud de la ville actuelle, à l'emplacement de l'ancien castrum. Les échoppes de commerçants et d'artisans sont regroupées par corps de métier d'où les noms encore portés par certaines rues (rue des Boucheries, des Tanneurs, de la Poissonnerie, quartier de la Pêcherie...).
Dès 1625 (mais probablement depuis une date antérieure) la commune est administrée par une municipalité qui siège dans une "Maison de Ville" déjà située sur l'actuelle place de l'Hôtel de Ville.
A la fin du XVIIIe siècle, il faut la reconstruire et, en 1778, les travaux sont confiés à l'architecte chalonnais Emiland GAUTHEY qui construira quelques années plus tard le Canal du Centre. Le nouvel Hôtel de Ville est celui que nous pouvons encore admirer aujourd'hui.
En 1805, l'Empereur se rend en Italie et fait halte à Tournus. Une plaque commémorative dans l'enceinte du parc industriel du Pas Fleury rappelle que Napoléon a dormi dans l'édifice situé au bord de l'actuelle R.N.6. Appréciant l'accueil qui lui est réservé, l'Empereur accorde des fonds à la Ville pour construire les quais que nous connaissons. Il faut préciser que le franchissement de la Saône sur un pont ne date que de la fin 1802 ! Ce pont fut l'objet d'un péage perçu par une société d'exploitation jusqu'au milieu du XIXe siècle. Signalons enfin que le pont actuel du Centre Ville est le 5e pont construit à cet endroit depuis 1802.
Après la défaite de Russie, les troupes napoléoniennes rentrent en France poursuivies par l'ennemi. C'est ainsi que les Autrichiens parviennent aux portes de la Bourgogne en janvier 1814. Mâcon prise sans difficulté par l'armée autrichienne, 300 Tournusiens, des soldats, des paysans et quelques Chalonnais partent le 23 janvier pour Mâcon où ils repoussent vaillamment l'ennemi et libèrent la ville (qui sera reprise peu de temps après). Un peu plus tard, vaincu, Napoléon part en exil à l'île d'Elbe après les adieux de Fontainebleau (28 avril 1814). De retour pour les Cent-Jours, l'Empereur décerne la Légion d'Honneur le 22 mai 1815, avec le droit de la faire paraître dans leurs armes, aux trois villes de Chalon-sur-Saône, Saint-Jean-de-Losne et Tournus pour leur comportement héroïque au cours de la campagne de 1814.
Au début du siècle le phylloxéra fait des ravages dans toute la France et le vignoble du Tournugeois n'est pas épargné. Il n'y aura pratiquement plus aucune vigne à Tournus pendant plusieurs décennies. Le vignoble français, victime de cet insecte importé accidentellement des Etats-Unis, ne devra sa survie qu'à des greffes de plants américains eux-mêmes originaires d'Europe mais naturellement résistants au phylloxéra.
Aujourd'hui, les viticulteurs de Tournus et du Tournugeois proposent des appellations contrôlées mâcon et bourgogne, essentiellement des vins blancs de grande qualité issus du cépage Chardonnay mais aussi quelques vins rouges issus du cépage gamay (utilisé en assemblage avec le pinot noir pour donner le bourgogne passetougrains, il est aussi à la base des beaujolais) ou du pinot noir (celui qui, en Côte-d'Or, donne les plus grands crus de Bourgogne).
Des industriels s'implantent à Tournus : une manufacture de casseroles, une usine d'appareillages électriques s'ajoutent aux forges et autres entreprises existantes. Cette tradition industrielle perdure aujourd'hui même si les entreprises ont changé de nom ou d'activité.
Située en zone libre (la ligne de démarcation passe à la limite de Chalon et Saint-Marcel) au début de la guerre, Tournus est également touchée par les combats de la Seconde Guerre Mondiale : avec ses forêts, le massif montagneux du Haut-Tournugeois se prête à l'établissement de maquis qui prennent une part active à la Libération. Ce sont les maquisards qui libèrent Tournus au soir du 4 septembre 1944 tandis que les troupes nazies refluent sous la poussée des troupes alliées débarquées en Provence.
Un ouvrage collectif a été publié avec le soutien de la Ville de Tournus en 1995 : Tournus, les Années noires. Il relate la vie de Tournus occupée, celle des maquis locaux et abonde de témoignages de personnes ayant elles-mêmes connu cette triste période. Des documents d'époque y sont également reproduits en fac-similé.
Depuis 1963, Tournus est jumelée avec la ville allemande de Germersheim.