Od 1951 r. rozpoczęła się budowa osiedli mieszkaniowych, które utworzyły Nowe Tychy. Socjalistyczne władze PRL widziały w nim ważny ośrodek miejski Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. W 1959 r. uruchomiono w mieście zajezdnię Wojewódzkiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Katowicach, która początkowo liczyła 25 autobusów. Ważnym wydarzeniem dla miasta był zakup licencji od Fiata w 1971 r. na produkcję małolitrażowego modelu 126p, w wyniku którego w latach 1972-1975 wybudowana została fabryka Polskiego Fiata. W 1976 r. tabor przekraczał już 200 szt. Na początku lat 80. miasto składające się z modernistycznych osiedli liczyło już ponad 150 000 mieszkańców.
W latach 70. w wyniku kryzysu paliwowego nastąpił okres korzystny dla rozwoju trolejbusów. W 1982 r. podjęto decyzję o budowie sieci trolejbusowej w Tychach, co motywowano problemami z zaopatrzeniem w paliwa podczas stanu wojennego. Ewentualne tramwaje, wykorzystywane w aglomeracji katowickiej, byłyby rozwiązaniem dużo bardziej kosztownym.
We wrześniu 1982 ukończono budowę odcinka eksperymentalnego o długości 4 km. Przebiegał on ówczesnymi ulicami: Towarową, Hanki Sawickiej i Zawadzkiego do Krasickiego – według obecnych nazw: Towarową, Piłsudskiego do al. Jana Pawła II. Trolejbusy wyjechały na linię 30 września 1982 r. Jeszcze w 1982 podjęto decyzję o dalszej rozbudowie sieci trolejbusowej. Kolejne linie (numery 1, 2, 3, 4) uruchamiano w 1982, 1984, 1985 i 1986. Według cen z 1987 roku na inwestycje w rozbudowę systemu trolejbusowego poświęcono 3,1 mld zł, przy czym 2,5 mld zł przypadało na roboty budowlane. Do 1988 roku zrealizowano 19,4 km tras z 23,9 km zaprojektowanych.
Komunikację trolejbusową w Tychach realizowało Wojewódzkie Przedsiębiorstwo Komunikacyjne, które prowadziło przewozy w całej aglomeracji górnośląskiej. Obsługa komunikacji trolejbusowej miała niewielki udział w działalności ogromnego przedsiębiorstwa, obsługującego wiele miast.
ZIU 682 #719 w 1992 roku na ul. Andersa, blisko dworca kolejowego. fot. David Pearson 1992-05-10
Tabor trolejbusowy stanowiły 24 trolejbusy ZIU 682, zakupione ze Związku Radzieckiego w latach 1982 i 1985. Trolejbusy te eksploatowano też w innych polskich miastach: Gdyni, Lublinie, Słupsku i Warszawie. Niektóre z numerów tyskich linii trolejbusowych dublowały się z numerami linii autobusowych, kursujących po Tychach.
W latach 80. koszty jednostkowe eksploatacji trolejbusów okazały się znacząco wyższe niż dla autobusów i tramwajów, co wynikało z niskiego wykorzystania istniejącej infrastruktury - tylko jedna trzecia posiadanego taboru była w ruchu. Radzieckie trolejbusy często ulegały awariom, a do tego brakowało kierowców. Trolejbusy miały bazę w zajezdni autobusowej, tymczasowo przystosowanej do obsługi trolejbusów. Zbudowano tymczasową halę. Planowanej zajezdni trolejbusowej nie zrealizowano w latach 80. Innymi niedogodnościami był brak producenta elementów sieci, czy też niedobór elektromonetów.
W zapleczu znajdował się wóz wieżowy Star z zabudową WUKO oraz Ikarus przebudowany we własnym zakresie. Sieciowcy musieli naprawiać awarie sieci, zerwania odciągów i inne uszkodzenia.
Od 1989 r. w Tychach wprowadzono obok trolejbusów ZIU 682 polskie trolejbusy Jelcz PR110E. W 1992 r. linie zmieniły oznaczenia: 1 na C, 2 na A, 3 na D, 4 na B.
ZIU 682 #724 w 1992 roku, malowanie kremowo-czerwone. Później wprowadzono zieleń w miejsce czerwonego. fot. David Pearson 1992-05-10
W 1991 r. z WPK Katowice wydzielono tyskie przedsiębiorstwo PKM. Następnie w 1996 r. powstał zarząd komunikacji, a od 1998 r. - wydzielono spółkę trolejbusową pod nazwą Tyskie Linie Trolejbusowe.
ZIU 682 #724 w 1992 roku. fot. David Pearson 1992-05-10
W 1994 r. wprowadzono w Tychach trolejbusy Jelcz 120MT, będące modernizacją PR110E. W 1997 r. wprowadzono 7 trolejbusów ze Słupska, za które oddano 7 autobusów. Wycofano za to z ruchu radzieckie trolejbusy ZIU z lat 80. W 2000 r. TLT rozpoczęło naprawy główne trolejbusów Jelcz. Było to konieczne z racji na korozję Jelczy i niedobór środków finansowych na zakup nowego taboru.
W 1999 r. w Tychach pod wpływem słupskiej decyzji o likwidacji komunikacji trolejbusowej rozważano różne warianty przyszłości trolejbusów. Mieszkańcy wstawili się jednak za trolejbusami, w wyniku czego władze miejskie postanowiły utrzymać trolejbusy.
W 2002 r. powstał nowy odcienk sieci na al. Jana Pawła II i uruchomiono linię E. Wprowadzono do ruchu pierwszy niskopodłogowy trolejbus Solaris Trollino 12. Posiadał on napęd tranzystorowy i malowanie gdyńskie, biało-niebieskie. Pojazd otrzymał imię Jaś.
Pierwszy trolejbus niskopodłogowy w Tychach - Solaris Trollino 12 #004 z 2002 r. fot. Jacek Pudło 2007
W 2006 i 2008 r. TLT dla oszczędności samodzielnie zbudowało łącznie 3 trolejbusy Solaris Trollino ze starego typu, oporowym napędem.
Jelcz 120MT #009 w 2007 r. fot. Jacek Pudło
W 2010 r. zakupiono pogotowie techniczne Renault Kerax i wóz wieżowy Renault Midlum.
W 2011 r. sprowadzono 4 Jelcze z Gdyni, co pozwoliło uniknąć remontu wyeksploatowanych wozów.
W 2013 r. w Tychach było 6 niskopodłogowych Solarisów Trollino, jednak bardziej liczne w taborze były wysokopodłogowe Jelcze.
Tychy, podobnie jak Gdynia i Lublin, postanowiły wykorzystać środki unijne do modernizacji trolejbusów. Wspólnie z Tramwajami Śląskimi przygotowano projekt „Modernizacja infrastruktury tramwajowej i trolejbusowej w Aglomeracji Górnośląskiej wraz z infrastrukturą towarzyszącą”. W 2012 r. ogłoszono przetarg na zakup 15 trolejbusów. W wyniku tego w latach 2012-2013 w mieście pojawiło się 15 nowych Solarisów Trollino z bateriami, pozwalającymi na jazdę bez sieci. Przebudowano też część skrzyżowań sieci. Od 2013 r. trolejbusy zaczęły obsługiwać pierwsze odcinki pozbawione sieci. W tym roku uruchomiono też nową, próbną linię F, którą na stałe uruchomiono od 2015 r. W tym samym roku wycofano ostatni trolejbus Jelcz.
Solaris Trollino 12 #40 z 2018 r. fot. Rafał Nieściór 2021-09-23
W 2019 r. kolejny projekt unijny umożliwił budowę sieci na al. Sikorskiego, uruchomiono też linię D. Natomiast od 1.01.2021 r. uruchomiono linię H, na ktorą wyjechały elektrobusy Solaris Urbino 12 electric, korzystające z nowej ładowarki pantografowej. Projekt objął też budowę nowej zajezdni trolejbusowej, ukończonej w 2021 r. Tym samym Tychy dołączyły do Gdyni i Lublina, które na przestrzeni kilkunastu lat również wybudowały nowe zajezdnie dla trolejbusów. Istotna była też modernizacja kolejnych elementów sieci trakcyjnej w mieście.
W 2019 r. sprowadzono z Ostrawy w Czechach trolejbus Skoda 14Tr z 1996 r., który został wozem historycznym.
W styczniu 2021 r. wypożyczono z Lublina dwa trolejbusy Trollino 12 z 2007 r., które umożliwiły zastąpienie w ruchu innych, niesprawnych wozów. Niebawem dołączyły do nich 2 kolejne wozy z Lublina z 2011 r. Wycofano za to pierwszy trolejbus Trollino z 2002 r.
W lutym 2022 r. pojawił się w Tychach pierwszy z 6 zamówionych trolejbusów z wzmocnionymi bateriami i silnikami w piastach osi tylnej.