Торговое поселение у устья большой северной реки существовало задолго до формального основания города. В XVI веке отсюда контролировали обмен между побережьем Ботнического залива и внутренней Лапландией. В 1621 году король Швеции Густав II Адольф даровал Торнио городские права, и новый город разместился на острове Суенсаари. Торговля смолой, рыбой, мехом и товарами северных приходов принесла ему значение далеко за пределами небольшой территории. В 1686 году была освящена сохранившаяся деревянная церковь Хедвиг Элеонора. Перелом наступил в 1809 году: после войны Швеции с Россией граница прошла по Торнионйоки, и Торнио оказался в Великом княжестве Финляндском. На шведском берегу в 1821 году возникла Хапаранда. Граница разделила приходы и семьи, но не уничтожила общую культуру долины. Железнодорожное соединение двух берегов появилось в 1919 году. Во время мировых войн пограничное положение вновь делало город важным транспортным пунктом. В послевоенные десятилетия развивались промышленность и торговля, а сотрудничество с Хапарандой стало частью муниципальной политики. В 2014 году музей долины Торнио официально стал совместным музеем двух городов, закрепив трансграничную идентичность в культурной институции.