Liikennöinti aloitettiin vuonna 1888 hevosraitioteillä, ja vuoteen 1902 mennessä se oli rakennettu 7,24 kilometrin laajuiseksi. Verkkoa laajennettiin seuraavan kerran vuonna 1915, jolloin paikalliset tehdasyritykset laajensivat verkostoa omille tehtailleen Koplin kaupunginosaan. Samalla hevosvaunuista alettiin luopua ja tilalle hankittiin höyrykäyttöiset vaunut. Viimeisen kerran hevosia käytettiin raitiotieliikenteessä vuonna 1918.[3]
Vuonna 1921 alettiin liikennöidä bensiinikäyttöisillä raitiovaunuilla, ja sähkökäyttöiset raitiovaunut otettiin käyttöön vuonna 1925. Lisäksi rataverkostoa laajennettiin ja vuoteen 1940 mennessä sen laajuus oli 13,4 kilometriä, ja tuolloin oli käytössä 20 sähköraitiovaunua ja yhdeksän bensiinimoottorivaunua. Maaliskuun 1944 ilmapommituksessa kuitenkin tuhoutui lähes kaksi viidesosaa kalustosta.[3][4]
1950-luvulla verkkoa sähköistettiin ja paranneltiin. Bensiinimoottorivaunujen käyttö loppui vuonna 1953, kun Koplin radan sähköistys valmistui. Samalla Saksasta tilattiin suuri määrä Gothan valmistamia raitiovaunuja.[3][4]
Raitiotiet saavuttivat suuren suosion 1970- ja 1980-luvuilla, jolloin matkustajamäärät saavuttivat parhaimmillaan 109 miljoonan matkustajan vuositason. Vuosina 1973-1990 hankittiin 60 Tatra T4SU -vaunua ja 73 Tatra KT4SU -vaunua. Myöhemmin Saksasta on hankittu käytettyjä Tatra KT4D:itä.[3][4]
Tallinnan raitiovaunulinja nro. 5 kulkee Koplin ja Vana-Lõunan väliä. Se avattiin vuonna 2000 ja lakkautettiin vuonna 2004, mutta palautettiin jälleen marraskuussa 2023.[4]
Tallinnan raitiotien kalustoa on uusittu 2010-luvulla hankkimalla uusia raitiovaunuja espanjalaiselta CAF:lta. Kyseisissä raitiovaunuissa on ollut kuitenkin muun muassa kovaan meluun ja jarruttaessa vaunun heilumiseen liittyviä ongelmia.
Raitiotielinjan laajennuksen rakentaminen lentoasemalle alkoi elokuussa 2016.[5][6]
Toukokuussa 2022 tilattiin kahdeksan uutta raitiovaunua puolalaiselta Pesalta. Tilaukseen kuuluu 15 vaunun optio.[7]
