Arvatakse, et ligikaudu 6.–8. sajandi paiku tekkis Toomemäele varaseim eestlaste muinaslinnus – Tarbatu, millest 11.–12. sajandil kujunes välja muinasmaakonna Ugandi üks kahest keskusest. Tegu oli tüüpilise teetõkkelinnusega – nimelt oli Toomemäe lähikond (praeguse Laia tänava otsa juures) ainus paik, kus Võrtsjärvest Peipsi järve voolava Emajõe kallastele sai rajada aastaringselt läbitava tee. Mujal oli jõgi selleks sobimatute soiste kallastega.
1030. aastal vallutasid Tarbatu venelased, kuid 1061. aastal löödi nad nii Tarbatust kui ka Ugandi aladelt välja.
Tarbatu vallutamine ristisõdijate poolt 1223 oli siinsetel aladel toimunud Põhjala ristisõdade ehk eestlaste muistse vabadusvõitluse üks olulisemaid sündmusi. Aasta hiljem, 1224. aastal rajati muinaslinnuse varemetele kivist piiskopilinnus ning Toomemäest sai piiskopkonna keskus. Linnuse lähedale püstitati ka võimas toomkirik (tänapäeval varemeis). Toomemägi kannatas pildirüüste ja Liivi sõja ajal.
Praeguse tähetorni kohal asunud piiskopilinnus jäi varemeisse Põhjasõja ajal, misjärel selle varemed arvatavasti lammutati ehitusmaterjaliks. Tartu ülikooli taasasutamise järel 1802. aastal hakkasid Toomemäele kerkima ülikooli ehitised – näiteks klassitsistlik Vana Anatoomikum ja piiskopilinnuse asukohale Tartu tähetorn. Toomkiriku varemete kooriruumi osa kohandati Tartu ülikooli raamatukoguks. Enamik Toomemäest on kaasajal kaetud pargiga, millele pandi alus samuti 19. sajandil. Nii ülikooli hoonete kui ka Toomemäe tollasel kujundamisel on olulist rolli mänginud arhitekt Johann Wilhelm Krause tegevus.
Kuidas sai Toomemägi oma nime?
Vanal ajal, kui maailm oli veel värvitu, käis Vanaisa üle suure künka loodusele värve toomas. Ning et linde-loomi oli palju pidi Vanaisa üsna mitu korda värve toomas käima. Kui aga Jumal kaebas suurt seljavalu, hakkas loomadel-lindudel temast kahju ja nad tõid ülejäänud värvid ise ära.
Töölised mõtlesid ühe laulu, et oleks lõbusam raskeid värve vinnata. Selle laulu pealkiri
oli: ”Toome üle künka värve, kiiresti ja väga kärmelt”.
Kui värvipotid kohal olid ja maailm nüüd värvitud sai, ütles Vanaisa:”Aitäh teile, mu kallid kaastöölised linnud ja loomad. Nüüd on vaid üks asi, kas te võiksite sellele künkale nime panna?”
Loomad olid rõõmsalt nõus, linnud vidistasid lõbusalt: ”Muidugi”.
Hunt arvas, et nime võiks panna selle toomisega seoses ja nii arvasid ka kõik teised. Saarmas pakkus “Toomingumägi”, kuid pääsuke kostis omalt poolt:”Kuna laulu esimene sõna on toome, siis võiks mäe nimi olla “Toomemägi”.
See nimi oli mäele sobiv ning vana Toomemägi kannab ikka veel seda nime.
