Se cree que el lugar fue ocupado primero por la cultura Lambayeque, entre los años 1000 y 1370 d. C., luego por los chimú, entre 1370 y 1470, y finalmente por los incas, entre 1470 y 1532, época en que llegaron los españoles.

La fundación de la ciudad, entre los años 1000 y 1100, coincide con la caída de Batán Grande, a orillas del río Chancay, que fue quemada y abandonada en esa época.

Cuenta la leyenda que el lugar fue fundado por Naymlap, un héroe mítico que llegó del mar y construyó la ciudad con ayuda de los campesinos lugareños en torno al cerro La Raya, una elevación rocosa que destaca en medio de la llanura. Esta leyenda fue recogida por el cronista español Miguel Cabello Valboa en 1586.

Durante el dominio chimú, a diferencia de lo hecho en muchos de los asentamientos secundarios conquistados, se modificaron algunas de las estructuras Lambayeque ya existentes, como fue el caso de la "Huaca Larga", ampliándose considerablemente su volumen para construir en su cima una réplica del modelo de ciudadela chimú.[1]​

En 1547 se hallaba ya abandonado y arruinado, según lo constató en persona el cronista español Pedro Cieza de León, que al respecto apuntó lo siguiente:

En el siglo XX se iniciaron las investigaciones científicas. En 1930 Alfred Kroeber ilustró su descripción de Túcume con un plano. En 1939, Wendell C. Bennett dio informes de sus excavaciones en el sitio. En 1951, Richard P. Schaedel publicó un plano, elaborado por Antonio Rodríguez Suy Suy a base de fotografías aéreas. En 1979 Hermann Trimborn hizo el primer análisis histórico y arqueológico de manera minuciosa, que abarcaba toda el área adyacente al cerro La Raya hasta la Huaca Grande, en la periferia oriental del pueblo.

En la década de 1990, el famoso explorador Thor Heyerdahl, tras visitar el pueblo de Túcume, inició un proyecto de investigación (en la que participaron los arqueólogos Daniel Sandweiss y Alfredo Narváez), que ha culminado en la creación de un museo de sitio, junto a la Huaca 1, que alberga los restos más importantes encontrados en las ruinas. Fruto de estas investigaciones es el libro titulado Pirámides de Túcume: la búsqueda de la ciudad olvidada del Perú (edición peruana en 1996).