財団法人日本科学技術振興財団（以下「財団」）テレビ事業本部の番組制作を目的として設立された「株式会社東京12チャンネルプロダクション」（以下「東京12チャンネルプロダクション」）が、同財団から放送事業を譲り受けて発足したものである。テレビ東京の親局チャンネルである12chは、かつて在日米軍が使用していたチャンネルで、これを返してもらって開局したと言われている。

先に開局した教育番組専門局である日本教育テレビ（=NET：エヌ・イー・ティ。現：テレビ朝日。）と異なり、旧東京12チャンネルは1964年に財団が母体となって設立された科学技術学園工業高等学校（現・科学技術学園高等学校）の授業放送をメインとして行う教育専門局（科学テレビ）として開局し、民放ながら広告を流さない放送局として運営された。しかし、それが故に慢性的な赤字を抱え、1966年4月に規模を大幅に縮小すると共に放送時間も午前10時-11時30分の1時間半とゴールデンタイムと呼ばれる夕方5時-夜9時の4時間の計5時間半（日曜日は後者の4時間）のみに短縮された。その後、「科学テレビ協力会」を母体とした「東京12チャンネルプロダクション」が設立され、1967年に日中と深夜の放送を再開した。この時、水面下では「財団のテレビ部門をNHKに譲渡する」「毎日放送が東京12チャンネルプロダクションを買収する」といった話が進められていたといわれるが、共に頓挫した。結局、1969年12月には再三にわたる財界からの要請を受ける形で、日本経済新聞社（日経）が東京12チャンネルプロダクションの経営に乗り出した（郵政省に「12chを日経か中日新聞社に譲れ」といわれていた朝日新聞社もこの動きに同調した）。当時日経は日本教育テレビにも出資していたが、この時にこの出資分を朝日新聞社が買い取り、日経はその売却益を利用して東京12チャンネルプロダクションに出資するという形態を取った。なお、テレビ東京とその系列局はその後も「ホロニックパス」「テクノピア」「パソコンサンデー」など優れた科学技術番組を輩出している。

1973年10月1日に東京12チャンネルプロダクションの商号を変更した株式会社東京12チャンネルが放送事業を譲り受け、翌11月1日に総合放送局に移行した（移行前日の10月31日の放送終了時にテロップが表示された）。この後、他のキー局の様に地方系列局を持っていないハンディを克服するため、近畿・中京圏の独立UHF放送局（兵庫県のサンテレビ、滋賀県のびわ湖放送、京都府の近畿放送〈現：京都放送、KBS京都〉、岐阜県の岐阜放送など）への番組販売を展開する様になる。なお、1969年10月から1975年3月までは大阪の毎日放送と（その名残りで2008年現在でも同局が大株主に名を連ねている）、テレビ愛知が開局する1983年8月までは中京テレビとも提携関係にあった（日経が中京テレビに出資していたため）。また、関西地区ではその後もテレビ大阪が開局する1982年3月まで在阪準キー各局が番販購入の形で東京12チャンネルの番組をネットしていた事もある。

東京12チャンネル時代は、他局が午前6時台から放送開始している中、番組ソフトが不足していた事もあり、開局当初から1974年頃までは午前10時前（その後1977年9月頃までは9時からに繰り上げ）からと比較的遅い時間から放送開始していた。そのため、一部の新聞のテレビ欄では午前中の部分を広告欄に差し替えていた（1966年の放送時間縮小時はハーフ又はそれに準じるサイズに縮小されていた）。

1983年にテレビ大阪及びテレビ愛知と「メガTONネットワーク」（メガTONとは「東京」の「T」、「大阪」の「O」、名古屋の「N」を意味している）を形成した。そして1989年（この年にテレビ北海道が開局。「北海道」の「H」や「札幌」の「S」では合わないため）より名称をTXNに改め、現在では全国6局の系列局とネットワークを形成している。6局で日本の総世帯数の約7割（13都道府県とその周辺地域）をカバーしている（テレビ大阪とテレビ愛知は府・県域局のため、在阪・在名の広域4局ずつと比較して親局の出力も低く抑えられており、且つ視聴可能エリアが狭い他、テレビ北海道・テレビせとうち・TVQ九州放送では放送エリア内でも一部で難視聴や受信不可能な地域がある。）。

また、独立UHF放送局を始めとする系列外の放送局への番販も行われているが、最近はケーブルテレビ局でのTXN系区域外再送信の増加やBSジャパンの開局により番販取り引きが減少傾向である。このため、番販取り引きを少しでも増やそうとTXN系列局がテレビ愛知から再送信同意が出されている岐阜・三重両県及びTVQ九州放送から再送信同意が出されている佐賀県を除いた31府県（今後の展開次第では26県に）のケーブルテレビ局に対して区域外再送信を許可しないケースも出て来ている。しかし、日本シリーズなどの生放送番組は番販購入している系列外で生放送をネットできず、放送されなかったり、或いは録画放送となるが、日本シリーズの場合はNHK-BS1でも同時中継されており、地上波で生中継を視聴できない地域にも配慮されている。また、ケーブルテレビ局が直接TXN系列の番組を購入し、自主放送チャンネルで番組を流している場合もあるが、こういったケースは極めて稀である。

1991年4月にTXN九州（現・TVQ九州放送）が開局して以降、テレビ東京の業績が低迷したために既存局による1局2波も含めて系列放送局の新規開局を行っていない。これは、敢えて自前で系列新局を開局させるよりも既存の地方局への番販で収入を得た方が適当との判断による。また、BSデジタル放送局のBSジャパンやAT-X、日経CNBCといった関連局が開局した事により、全国展開は完了したとの判断が一時なされた（但し、その際、プロ野球やJリーグ取材のために宮城・静岡・広島の各県に常駐取材拠点を置きたいという希望を表明していた。