לפי העדויות, ההתיישבות הראשונה בטסודילו מתוארכת לתקופת האבן התיכונה האפריקאית, לפני כ-100,000 שנים. במקום נמצאו גם עדויות לקיומה של ציוויליזציה מבוססת אבן המתוארכת ללפני 70,000 שנים. העדויות לשימוש חוזר באתר לאורך תקופת זמן ארוכה מלמדות כי באזור היו קבוצות נוודים שחנו בו מפעם לפעם, ככל הנראה באופן התלוי בעונות השנה. בתקופת האבן התיכונה האפריקאית ותקופת האבן המאוחרת האפריקאית נעשה שימוש במרבצי הקווארץ והאבנים האקזוטיות שבמקום. השימוש בחומרי גלם שמקורם מחוץ לטסודילו מעידים, ככל הנראה, כי בין תושבי המקום לבין תושבים אחרים באפריקה התקיימו צורות כלשהן של תקשורת ומסחר לאורך אלפי שנים. קביעתה של תחילת תקופת האבן התיכונה האפריקאית מסתמכת על מציאתם של להבי אבן גדולים. הייחודיות של טסודילו היא בכך שניתן לצפות בו בעדויות לניצול רציף של דגים החיים במים מתוקים, בחלק שבעבר זרמו בו נהרות וכיום הוא צחיח. השימוש בכלים העשויים מעצמות מתוארך עד ללפני 40,000 שנים, בין השאר באמצעות שימוש בקצות עצם מחודדים כדוקרנים.

הכמות של עצמות דגים וחפצי האבן המתוארכת לשלהי תקופת האבן (לפני כ-30,000 שנים) קטנה יותר. מציאתן של ביצי יענים באתרים הארכאולוגיים מעידה על כך שתושבי המקום פיתחו שיטה חדשה להשגת משאבים להכנת אוכל וחפצים שונים. באותה תקופה החלה מסורת של הכנת חרוזים מביצי היענים, הנמשכת עד היום. ההשערה היא כי עד לשנת 600 לספירה תושבי טסודילו התבססו רק על ציד, דיג וליקוט מאכלי בר.

אולם, במאה ה-7 החל שימוש נרחב יותר בברזל ובנחושת, ובמקביל אליו חל שיפור ברמת הטכנולוגיה, תנאי המחיה וצורת המגורים. בתקופה זו גם החל גידול בקר והיה קשר בין מחפשי המזון משלהי תקופת האבן וחקלאי תקופת הברזל המוקדמת. השימוש בדוקרני ברזל, צמידים וקישוטים אחרים הפך לנפוץ בתקופה זו. במקום נתגלה יישוב בשם דיבויו, הנחשב ליישוב הדרום-אפריקני העשיר ביותר בתקופה זו. הנחושת הובאה לאזור ככל הנראה מדרום זאיר או צפון-מזרח דרום אפריקה, הברזל ככל הנראה ממרבצים שהיו במרחק של 40 קילומטרים, והם עברו עיבוד במקום. יישוב נוסף שהתגלה באזור הוא נקומה, המתוארך לשלהי האלף הראשון. נקומה הוא האתר המודרני העשיר ביותר מבחינת מגוון התכשיטים שהתגלה בו.

בדיבויו ונקומה נמצאו עדויות (בעיקר אשפה ויסודות בניין) לקיומם של קבוצות בתים. דגנים מבויתים כגון דורה ודוחן הוספו לתפריט המזון. גידול הבקר התרחב גם לכבשים ועיזים. תעשיית הקדרות התפתחה ונוצרו בה כלים שהפכו לנפוצים מאוד.

בין שנת 800 לשנת 1000 החלה כרייה נרחבת של המטיט, והיא נמשכה עד המאה ה-19. ההמטיט שנכרה סייע בהשגת הכמות הגדולה של תכשיטים ובקר שהיו בבעלות אנשי נקומה. אנשי נקומה המשיכו להתבסס על היסודות התרבותיים החזקים של שלהי תקופת האבן בטסודילו עד למאה ה-13, כאשר נקומה התדרדרה ככל הנראה בגלל בצורת או מלחמה. לא נמצאו עדויות לקיומם של חפצי נוי באזור טסודילו עד לתחילת ההשפעה של הסחר האירופי האטלנטי במאה ה-18. טסודילו הפך לחלק מציר הסחר הפורטוגלי קונגו-אנגולה.

בני הנהאי (N/hae) שישבו באזור נטשו אותו באמצע המאה ה-19. האזכור הראשון של האזור במפה היה ב-1857 כתוצאה ממידע שאסף דייוויד ליווינגסטון במהלך מסעות המחקר שלו. הפרשים הקדומים ביותר הידועים, ציידי השנהב שהשתייכו לגריקה, עברו דרך האזור בשנות ה-50 של המאה ה-19. בני הקונג הגיעו לאזור והם אלו שהכינו חלק מהציורים, ככל הנראה אלה של הפרשים. אמנות הסלע תוארה והובאה לתשומת לבו של המערב בפעם הראשונה ב-1907 על ידי זיגפריד פאסארג, שהיה גאולוג גרמני.

שתי הקהילות שחיות בטסודילו כיום, האמבוקושו וקונג, הגיעו אליו בתחילת שנות ה-60 של המאה ה-19. למרות זמן שהותן הקצר, הן הצליחו ליצור מיתוסים הקשורים לאזור, ושתיהן רוחשות כבור רב לטסודילו כמקום קדוש. הרוחניות של המקום התפרסמה בחלקה בזכות כתביו של הסופר האפריקאנרי לורנס ון דר פוסט, ובייחוד הספר "העולם האבוד של קלהארי" (1958)[1]. כיום יש בטסודילו פעילות דתית הכוללת כנסיות ורופאי אליל. רוב המבקרים מגיעים למקום מטעמי דת.