Bend se formirao 2001. godine, a tijekom svog postojanja izdali su nekoliko EP-ova te četiri studijska albuma. Članovi benda su Tunde Adebimpe (vokal), David Andrew Sitek (gitara/klavijature), Kyp Malone (bas/klavijature), Jaleel Bunton (bobnjevi/vokal/gitara) te Gerard Smith (bass/klavijature).
Sve je počelo na ideju Sinteka i Adebimpea. Adebimpe je inače diplomirao na NYU-u film te je specijalizirao stop-motion animaciju. Osim toga bavi se i slikanjem. Sitek je producent, kao i Adebimpe, a radio je na EP-u Machine benda Yeah Yeah Yeahs. Duo se upoznao nakon što se Sitek doselio u zgradu u kojoj je Adebipme imao stan. U to vrijeme je svatko od njih sam stvarao glazbu te su u jednom trenutku shvatili kako bi njihova zajednička glazba zapravo bila pun pogodak. Dok su snimali demo snimke, Sintekov brat Jason im je pomogao svirajući bubnjeve i ostale instrumente koji su im trebali za demo. Snimili su zajedno četiri pjesme koje su rezultirale izdavanjem EP-a OK Calculator (parodija na Radioheadov OK Computer). Jason je na neko vrijeme odustao od rada na bendu, ali se vratio kasnije dok su snimali EP Young Liars. Do kraja snimanja EP-a Young Liars, postava benda TV on the Radio bila je sve bogatija. Pridružio im se Kyp Malone. EP su izdali na ljeto 2003. godine, a na njemu su radili i članovi benda Yeah Yeah Yeahs, Brian Chase i Nick Zinner. Svoj prvi album je bend u takvoj postavi izdao na proljeće 2004. godine, Desperate Youth, Blood Thirsty Babes. Cijele te godine bend je bio zauzet turnejama i radom na novim pjesmama. Između ostalog su surađivali i s The Pixies. U jesen iste godine izdali su New Health Rock EP, s kojim su osvojili nagradu Shortlist. Na turneji su bili i 2005. godine, kada su se vratili u Sintekov studio, gdje su snimili svoj drugi album. Ondje su snimili i singl, kojim su u to vrijeme 'napali' predsjednika Busha, Dry Drunk Emperor. 2005. godine su potpisali ugovor i o izdavanju njihovih albuma u Europi te su se preselili u Interscope gdje su dalje snimali.
Na ljeto 2006. godine su izdali Return of Cookie Mountain, kolekciju pjesama na kojoj im je među back vokalima bio i legendarni David Bowie. Tim su se albumom probili na svjetske top ljestvice, a časopis Spin ih je nagradio tako da je taj album proglasio albumom 2006. godine. Nakon uspjeha s albumom gostovali su i kod Lettermana, gdje su izveli pjesmu Wolf Like Me. Show na You Tubeu ima preko 1,5 milijuna pogleda. Tijekom svoje turneje po SAD-u 2006. godine bend je odradio i nekoliko cover pjesama s pjevačem Bauhausa Peterom Murphyjem i frontmenom Nine Inch Nailsa, Trentom Reznorom.
Četvrti album Dear Science je bend izdao 23. rujna 2008. godine u produkciji Intercopea. U to vrijeme su ga promoviali i na MySpaceu, dok su njihovi fanovi uživali jer je čak i prije službenog izdavanja album procurio na internetu. Dear Science im je po svim kritikama bio pun pogodak. Albumom godine proglašen je od strane Rolling Stones, The Guardiana, Spin Magazinea, The Onion AV Cluba i Entertainment Weeklyja. Nakon velikog uspjeha s albumom bend je imao brojne solo koncerte, a gostovali su i u svim bolje priznatim emisijama u SAD-u.
Tunde Adebimpe je 3. rujna 2003. godine objavio kako bend uzima godinu dana pauze. U tom je periodu Kyp Malone izdao solo album pod imenom Rain Machine. Izdao ga je 22. rujna 2009. godine. Osim tog projekta, izdao je i album s bendom Iran. Dave Sitek je svoj solo album Maximum Balloon izdao 24. kolovoza 2010. godine u produkciji Interscopea, a na njemu su gostovali brojni pjevači, njegovi prijatelji, kao što su Karen O i David Byrne, kao i njegovi kolege iz TV on the Radio. U tom periodu je surađivao i sa Scarlett Johansson te reperom Waleom. Osim solo albuma, u to je vrijeme Sitek radio i na albumu The Magician's Private Library Holly Mirande.
U veljači 2011. godine bend je objavio kako se vraćaju na scenu kao TV on the Radio. Izdali su i album Nine Types of Light 12. travnja. osim albuma, izdali su i film koji obuhvaća sve nove pjesme i spotove, uključujući i intervjue. Producent filma je Tunde Adebimpe. Bend je 14. ožujka na službenim stranicama objavio kako je njihov basist Gerard Smith obolio od raka pluća. Samo mjesec dana kasnije, 20. travnja, objavili su kako je Smith preminuo.TV on the Radio izjasnili su se kako su na njihov glazbeni stil najviše utjecali Brian Eno i The Pixies. Osim njih, dodali su i Wire te Siouxsie and the Banshees. Kako su sami opisali, Bad Brains i Nancy Sinatra su njihovi veliki idoli, a svoj 'čudan' zvuk pripisuju upravo njima. Bend je 2011. godine krenuo i na manju turneju kako bi promovirali novi album, a u sklopu koje će na T-Mobile INmusic festivalu nastupiti i na zagrebačkom Jarunu.
