Tronheimai ir īpaša vieta Norvēģijas agrīnajā vēsturē. ŠeitNidelvas upes grīvā ir senās Norvēģijas tautas sapulces —Øretinget vieta. Šajā vieta 872. gadā tika ievēlēts pirmais droši zināmais Norvēģijas karalisHaralds I Skaistmatis (valdīja 872-933). 997. gadāOlafs I pieminēja Tronheimas pilsētu, nosaucot to par Kaupangenu (Kaupangen).
Tomēr visus viduslaikus Tronheima bija pazīstama ar nosaukumu Nidarosa (Nidaros), un līdz 1217. gadam bija Norvēģijas galvaspilsēta. Ap 1000. gadu pilsētā dzīvojaLeifs Eriksons. 1179. gadā apkārtnēSvere Sigurdsons guva uzvaru pār troņa pretendentu Erlingu Skaki (Erling Skakke). Tronheima bija arhibīskapijas centrs no 1152. gada un visus viduslaikus bija svētceļojumu mērķis no apkārtējām zemēm.
XVII gadsimta vidū osta nogruvumos aizsērēja un bija mazāk lietojama. No XVI gadsimta beigām līdz XIX gadsimta vidum pilsēta 10 reizes nopietni cieta ugunsgrēkos. 1658. gadā 10 mēnešus Tronheima bijaZviedrijas sastāvā, pamatojoties uzRoskildes miera līgumu.
1930. gadā, pēc Kristiānijas pārdēvēšanas par Oslo, tika pieņemts lēmums par Tronheimas pārsaukšanu vecajā Nidarosas vārdā, tomēr iedzīvotāju sašutuma dēļ lēmums tika atcelts.
Otrā pasaules kara laikā Tronheimā bija lielaTrešā reihazemūdeņu bāze (DORA 1), no kurienes tās uzbrukaSabiedroto konvojiemAtlantijas okeānā.