Tavarnelle Val di Pesa si trova nella regione storica del Chianti, in Toscana. Il suo territorio è situato a cavallo tra la Val di Pesa e la Val d'Elsa.
Il toponimo Tavarnelle deriverebbe da tabernulae e sembrerebbe indicare il borgo come luogo di tappa su una delle strade minori che collegavano la via Francigena alla via Volterrana.
La presenza di un luogo di ristoro è confermata dal catasto del 1427, mentre risulta che nel 1454 un tale Giulio di Francesco del Riccio - Baldi fosse il proprietario di una casa con annessa osteria chiamata Osteria del Lione.
Da allora alla metà del XIX secolo risulta attiva una fermata dei postiglioni governativi sulla strada regia romana che collegava Firenze con Roma.
L'abitato di Tavarnelle non fu mai munito di fortificazioni stabili e col tempo si arrivò alla fusione con i vari borghi vicini come il Borghetto, sede del convento francescano e il Mocale posto sulla strada verso Marcialla.
Lo sviluppo di Tavarnelle avvenne solamente nel XIX secolo grazie allo spostamento verso il suo abitato della strada verso Roma. Infatti nel XVIII secolo venne realizzato sotto il poggio di Fabbrica un ponte in muratura per il passaggio sulla Pesa, passaggio che prima avveniva a guado e che quindi portava i viaggiatori a passare la Pesa sul ponte in pietra della Sambuca e da lì poi raggiungere Siena passando per San Donato escludendo il futuro capoluogo.
Oltre alla strada lo sviluppo fu favorito dall'agricoltura tanto che dal 1822 venne istituito il mercato settimanale nella giornata del giovedì. Nel 1944 il passaggio del fronte della seconda guerra mondiale comportò numerosi danni all'abitato infatti il palazzo municipale venne completamente distrutto.
Tavarnelle Val di Pesa fu liberata il 23 luglio 1944 da tre compagnie del Battaglione Maori dell'esercito neozelandese.
Seguì una rapida ricostruzione e oggi l'abitato di Tavarnelle si presenta abbastanza indifferenziato tranne che lungo la via principale dove sono presente numerosi palazzotti sei - settecenteschi di qualche interesse.
Verso la fine del XX secolo il paese ha conosciuto un notevole sviluppo urbanistico favorito dall'ottima posizione posto com'è tra Firenze e Siena.