Existen varias interpretaciones sobre el origen de esta fiesta popular. Según algunos historiadores, su origen se debe a una broma. Un hombre estaba en la plaza del pueblo cantando y tocando música, cuando un grupo de jóvenes que lo escuchaban empezaron a lanzarle tomates que sacaron de un puesto de frutas y verduras de la plaza, debido a que el hombre cantaba muy mal. Todo el mundo que había en la plaza decidió unirse y terminó en una batalla de tomates.

En Tarazona (Zaragoza) se cuenta que la Tomatina de Buñol fue realmente impulsada por "El Deivi", personaje turiasonense y gran profesional del Cipotegato. En Tarazona, desde tiempos inmemoriales se celebra todos los 27 de agosto el Cipotegato, también conocido como Tomatada, fiesta donde todo el pueblo se encuentra en batalla campal con tomates en la hermosa plaza del Ayuntamiento, pero con unos objetivos y tradiciones diferentes. Se cuenta, que fue "El Deivi" en uno de sus viajes por las festividades españolas quien sugirió hacer una batalla campal de tomates mientras disfrutaba las fiestas de Buñol. Corría el año 1949 y el pueblo, encantado con las astucias del personaje turiasonense, recibió de buen agrado la propuesta. Tanto se repitió año a año, que llegó a los tiempos actuales, ganando en fama a la tomatada original de Tarazona. En repetidas ocasiones se ha propuesto el nombramiento de una calle en honor al Deivi e incluso el levantamiento de alguna estatua en la propia plaza en alusión al conocido fundador. Por no estar demostrada la veracidad de la historia, nunca ha llegado a llevarse a cabo la acción, existiendo opiniones contrariadas en el pueblo de Buñol.

Sin embargo, la versión más fiable e histórica dice que todo comenzó en 1945. La plaza de la ciudad (donde la "Tomatina" se celebra tradicionalmente en la actualidad) estaba llena de jóvenes para ser testigos de la fiesta tradicional de "Gigantes y Cabezudos" (un desfile de figuras gigantes de carnaval con cabezas grotescas). Algunos jóvenes decidieron unirse a la comitiva del desfile porque querían participar. Este movimiento provocó el rechazo por parte de la comitiva, la cual comenzó un forcejeo donde empujaron a los que llevaban los disfraces gigantes. Uno de los participantes cayó y cuando se levantó empezó a pelear con quien estaba cerca de él y empezó una pelea. Por casualidad, allí había un puesto de verduras con cajas abiertas que mostraban los productos en venta.

El año siguiente, al llegar el mismo miércoles de agosto, se repitió el mismo escenario con la diferencia de que los manifestantes llevaron los tomates desde sus casas y, una vez más, la batalla fue detenida por la policía local. En los años sucesivos, las autoridades prohibieron la celebración, pero esta fiesta se ha seguido celebrando cada año desde entonces de una forma u otra, gracias a la voluntad de los vecinos de hacerla perdurar. En el año 1957, dado que la "tomatina" no se podía realizar, algunos jóvenes planearon celebrar el “entierro del tomate”, con cantantes, músicos, y comedias. Una manifestación curiosa en la que el reclamo principal fue un ataúd con un gran tomate dentro, seguido por una banda que tocaba las marchas fúnebres. Ese episodio hizo reflexionar a las autoridades, que finalmente en 1959 la volvieron a autorizar, bajo ciertas reglas y condiciones. Entre los cambios apareció el “palo jabón”, cucaña que se celebra una hora antes del comienzo de la tomatina, así como por ejemplo delimitar la duración de la batalla mediante petardos, que anunciarán el inicio y el final de la fiesta.

Otro momento importante en la historia de esta fiesta es 1975. Fue a partir de este año que "Los Clavarios de San Luis Bertrán" (el ejército de San Luis Bertrán, el patrón de la localidad de Buñol) organizaron toda la fiesta y se encargaron de aportar los tomates que previamente habían sido traídos por la gente local. Poco después, en 1980, el Ayuntamiento tomó la responsabilidad de organizar la fiesta.

La fiesta comenzó a ser popular en el resto de España gracias al reportaje de Javier Basilio, emitido en el programa de Televisión Española Informe semanal en 1983. Desde entonces, año a año fue creciendo el número de participantes y el entusiasmo por La Tomatina. El éxito llevó a que La Tomatina de Buñol fuera declarada en 2002 Fiesta de Interés Turístico Internacional por la Secretaría General de Turismo.

Desde el año 2013, y para evitar aglomeraciones, el ayuntamiento de Buñol decidió limitar el aforo a la fiesta. Desde entonces se necesitan entradas para poder participar, que han de ser compradas a través de un distribuidor oficial, de modo que los participantes no pasan de los 22 000 (cuando hubo ediciones que superaron los 45 000). Así, se garantiza una mayor comodidad y seguridad para los asistentes.

Desde 2020, la Tomatina está en hiato por motivos de pandemia de COVID-19 y se volvería en 2022.