טיוואנאקו התגלתה למערב לראשונה ב־1549. קונקיסטאדור ספרדי בשם פדרו סייסה דה לאון (אנ') גילה שרידים שלה במקרה, כשחיפש אחרי בירת ממלכת האינקה.

על פי הידוע כיום, העיר החלה ככפר קטן, בערך בין 1200 לפנה"ס ל־1500 לפנה"ס. עם זאת, הארכאולוג האוסטרי ארתור פוזננסקי טוען בספרו Tihuanacu, the Cradle of American Man (ארבעה חלקים: שני הראשונים יצאו לאור ב־1945, שנה לפני מותו ואילו שני החלקים האחרונים יצאו רק ב־1957), שזמן הקמתה מוקדם בהרבה. על פי פוזננסקי, טיוואנאקו הוקמה בשנת 15,000 לפני הספירה.

תושבי המקום התפרנסו תחילה מחקלאות בעל וגידול תפוחי אדמה ודגנים. באזורים מוגנים יותר הם גידלו גם אפרסק. המקום התרחב לעיר גדולה בין המאה ה־3 והמאה ה־5 בזכות היכולת לעבד נחושת. החברה הייתה למעמדית, הופיע מעמד של בעלי מלאכה, והתושבים החלו לבנות מערכות השקיה ולעסוק בחקלאות שלחין. בסביבות שנת 550 הייתה העיר לבירת מעצמה אזורית בדרום הרי האנדים, והחלו נבנים בה בתים מונומנטאליים. בנוסף החלו מוקמים סביבה שדות מוגבהים שביניהם תעלות השקיה, ואלה השתרעו על שטח כולל של כ־65 קמ"ר. העיר חוברה בדרכים אל היישובים השכנים, ונעשה שימוש בלאמות, כבהמות משא לשינוע סחורות.

בשיא פריחתה, במאה ה־8, השתרעה העיר על פני 6 קמ"ר וכללה פירמידות, מקדשים, חצרות שקועות ואזורי מגורים עירוניים. התגוררו בה בין 70,000 ל־125,000 תושבים, ובתחום השפעתה קמו ערים בנות ומושבות. בחלק מהתקופה, האימפריה שטיוואנאקו הייתה בירתה, התקיימה במקביל לאימפריית הוארי, שהחלה כמושבה של טיוואנאקו, ואשר שלטה על האזור שבו שוכנת כיום פרו.