จัตุรัสเทียนอันเหมินในต้นศตวรรษที่ 20 มองจากประตูเจิงหยางเหมิน (ประตูเฉียนเหมิน) กับประตูจงหวาเหมิน ซึ่งต่อมาถูกรื้อออกในปี พ.ศ. 2497

จัตุรัสเทียนอันเหมินได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในปี พ.ศ. และขยายให้ใหญ่ขึ้นเป็นสี่เท่าในปี พ.ศ. 2501 ในสมัยสาธารณรัฐประชาชนจีน

ในปี พ.ศ. 2497 ประตูจงหวาเหมินถูกรื้อออก ทำให้สามารถทำการขยายจัตุรัสได้ ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2501 การขยายจัตุรัสครั้งใหญ่ของจัตุรัสเทียนอันเหมินเริ่มต้นขึ้น ซึ่งเสร็จสิ้นภายในเวลาเพียง 11 เดือน แล้วเสร็จในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2502 สิ่งนี้เป็นไปตามวิสัยทัศน์ของเหมา เจ๋อตง ที่ต้องการที่จะสร้างจัตุรัสเทียนอันเหมินให้ใหญ่และงดงามที่สุดในโลก และตั้งใจที่จะจุประชากรได้มากกว่า 500,000 คน ในกระบวนการดังกล่าว อาคารที่อยู่อาศัยที่อยู่รอบจัตุรัสจำนวนมากได้ถูกทำลายลง ที่ด้านใต้ของจัตุรัสมีการสร้างอนุสาวรีย์วีรชน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ "สิบสิ่งก่อสร้างอันยิ่งใหญ่" ที่สร้างขึ้นระหว่างปี พ.ศ. 2501 และ พ.ศ. 2502 เพื่อเฉลิมฉลองวันครบรอบ 10 ปีของสาธารณรัฐประชาชนจีน มหาศาลาประชาชน และปัจจุบันคือพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติจีน ถูกสร้างขึ้นทางด้านตะวันตกและตะวันออกของจัตุรัส

ในช่วงทศวรรษแรกของสาธารณรัฐประชาชนจีน วันชาติแต่ละปี (วันที่ 1 ตุลาคม) จะมีการจัดการสวนสนามทางทหารขนาดใหญ่ที่จัตุรัสเทียนอันเหมิน โดยเลียนแบบการเฉลิมฉลองประจำปีของการปฏิวัติบอลเชวิคของสหภาพโซเวียต หลังหายนะของนโยบาย"การก้าวกระโดดไกลไปข้างหน้า" พรรคคอมมิวนิสต์จีนตัดสินใจลดค่าใช้จ่ายและจัดงานฉลองวันชาติประจำปีให้เล็กลง ยกเว้นจากงานเฉลิมฉลองขนาดใหญ่ที่มีการสวนสนามทางทหารทุกๆ 10 ปี อย่างไรก็ตาม ความโกลาหลของการปฏิวัติวัฒนธรรมเกือบทำให้เหตุการณ์ดังกล่าวไม่เกิดขึ้นในวันชาติประจำปี พ.ศ. 2512 ซึ่งเกิดขึ้น (การเฉลิมฉลองยังจัดขึ้นที่นั่นในปี พ.ศ. 2509 และ พ.ศ. 2513) 10 ปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2522 พรรคคอมมิวนิสต์จีนได้ตัดสินใจอีกครั้งที่จะไม่จัดงานเฉลิมฉลองขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่เติ้ง เสี่ยวผิงกำลังรวบรวมอำนาจ และจีนกำลังประสบกับปัญหาสงครามจีน-เวียดนามในช่วงต้นปี

ในปี พ.ศ. 2527 เมื่อสถานการณ์ดีขึ้นและมีเสถียรภาพมาก จีนได้จัดสวนสนามทางทหารเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2502 ผลที่ตามมาจากการสังหารหมู่ที่จัตุรัสเทียนอันเหมินทำให้ไม่มีการสวนสนามทางทหารในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2532 แต่สวนสนามถูกจัดขึ้นในปี พ.ศ. 2542 และ พ.ศ. 2552 ในวันครบรอบปีที่ 50 และ 60 ของการสถาปนาสาธารณรัฐประชาชนจีน ในวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2558 มีการจัดการสวนสนามเพื่อฉลองครบรอบ 70 ปีของการสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง

วันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2542 มีการจัดการสวนสนามทางทหารครบรอบ 50 ปีสาธารณรัฐประชาชนจีน ก่อนหน้านั้น กระเบื้องปูพื้นทั้งหมดในจัตุรัสเทียนอันเหมินถูกเปลี่ยนใหม่ และกระเบื้องปูพื้นเก่าที่ถูกแทนที่เป็นที่ต้องการอย่างมากของนักสะสม และกระเบื้องปูพื้นหนึ่งชิ้นขายในราคาหลายพันหยวน