Коллектив был создан в 2001 году двумя братьями-близнецами из восточной Германии, Биллом и Томом Каулитцами. Изначально группа называлась «Devilish» (Дьявольский). Посмотрев на выступление дуэта братьев, к ним присоединились басист Георг Листинг и ударник Густав Шефер.

Билл Каулитц как солист принял участие в телешоу «Star Search» (аналог русской «Фабрики Звезд»), где дошел до четвертьфинала с песней The Weather Girls «It’s Raining Man» (участие групп не было предусмотрено). Благодаря участию в шоу, лидеру группы удалось познакомиться с продюсером Петером Хоффманом, который взялся за раскрутку проекта. По его настоянию название было сменено на менее вызывающее — Tokio Hotel. Отсылка к Японии также соответствовала имиджу исполнителей, подражающих японской субкультуре Visual Kei.[3] Кроме того, он пригласил в группу Дэйва Рота и Дэвида Йоста, опытных авторов песен. Позже к коллективу присоединяется ещё один продюсер Пэт Бензнер.

С группой подписал контракт лэйбл Sony BMG. Видео на дебютный сингл «Durch den Monsun» (Нем - "Через муссон") попало на немецкие телеканалы в июле. После выхода клипа у группы сразу же появилось множество фанатов и поклонников. Сингл начал свой путь по немецким музыкальным чартам 20-го августа с 15 места, и уже 26-го достиг 1-й ступеньки. Этот сингл также добился первого места в австрийских музыкальных хит-парадах. Второе видео группы, «Schrei» (Нем - "крик"), находилось на первом месте во всех европейских хит-парадах. Группа выпустила альбом «Schrei» в сентябре.

В начале 2006 года вышло третье видео «Rette mich» (Нем - "Спаси меня"). Эта версия песни отличалась от оригинальной версии с первого альбома из-за ломающегося голоса Билла и некоторых инструментальных изменений. Клип на композицию «Rette mich» быстро достиг 1-го места.

Второй студийный альбом «Schrei — so laut du kannst» вышел в марте. Выпуск был обусловлен изменениями в голосе Билла и вышел с тремя новыми песнями — «Schwarz», «Beichte», «Thema nr. 1» В сентябре группа выпустила четвертый сингл с альбома «Schrei — der letzte Tag». Эта песня также взобралась на самую верхнюю ступеньку в хит-парадах.

18 ноября 2006 группа дала концерт в Москве. Это было одно из первых выступлений вне Германии, и этот первый опыт показал, что музыканты пользуются популярностью по всему миру.

3 апреля 2007 года стартовал тур «Zimmer 483» (Нем - "Комната 483"). За полтора месяца музыканты дали 20 аншлаговых концертов по всей Европе (Германия, Франция, Австрия, Польша, Венгрия, Швейцария). Также они приехали на вручение музыкальной премии в Москву и дали концерт в Санкт-Петербурге.

В начале июня вышел англоязычный альбом «Scream» (Англ. - "крик") и несколько синглов к нему. С этим альбомом группа начинает завоевание Англии, Италии, Испании и Америки.

В конце сентября музыканты дали самый большой сольный концерт в истории группы, на котором присутствовало более 17 тысяч поклонников.

В октябре группа дала 12 концертов во Франции — билеты были распроданы за первые несколько дней. В тур входили также концерты в Голландии, Бельгии, Италии, Израиле. 4 ноября состоялся заключительный концерт тура в Германии в Эссене.

В январе 2008 Билл заболел ларингитом, из-за чего пришлось отменить несколько концертов. 30 марта была успешно проведена операция по удалению кисты с голосовых связок.

7 сентября 2008 года группа стала лауреатом MTV Europe Music Awards в номинации «Лучший дебют» с песней «Ready, Set, Go!».

6 ноября 2008 года группа получила приз MTV Europe Music Awards 2008 года в номинации Headliner.

2 октября 2009 год запланирован выход четвертого студийного альбома «Humanoid» (Англ. - "Человекоподобный")