Przełomowym momentem dla miasta było przejęcie Tarnowa Wielkiego i Małego przez Spycimira herbu Leliwa pod koniec lat 20. XIV wieku. Spycimir zintensyfikował działalność osadniczą co pomogło mu w pozyskaniu zgody na lokację miasta, stworzeniu kompleksu dóbr i budowę zamku. Król Władysław Łokietek wyraził zgodę na zorganizowanie przez Spycimira Leliwitę osady miejskiej na prawie magdeburskim z władzą sądową wójtowsko-ławniczą i samorządem, równocześnie przeniesiono na prawo niemieckie okoliczne wsie i przysiółki. Tarnów 7 III 1330 r. uzyskał prawa miejskie. Położenie Tarnowa stało się jego atutem, gdyż właśnie tu krzyżowały się szlaki handlowe z wschodu na zachód i z północy na południe. W 1328 r. Spycimir rozpoczął budowę zamku na Górze św. Marcina, którą zakończył w 1331 r. W 1364 r. syn Spycimira Rafał, wykupił wójtostwo tarnowskie, zwiększając władzę dziedziców nad miastem. W Tarnowie w tym czasie istniał kościół parafialny, który w 1400 r. został podniesiony do godności kolegiaty (dzisiejsza katedra).W 1826 r. Tarnów na stałe został siedzibą diecezji. W tym roku powstał pierwszy duży zakład przemysłowy w mieście – Browar książąt Sanguszków. W 1846 r. w Tarnowie i okolicach miało miejsce powstanie chłopskie zwane rabacją galicyjską. Jego przyczyną był wzrost pańszczyzny. Chłopi dokonali rzezi szlachty, która przygotowywała się do powstania. Rok 1856 był jednym przełomowych w dziejach miasta. W tym roku zakończyła się budowa linii kolejowej biegnącej przez Tarnów. To wydarzenie spowodowało bardzo gwałtowny rozwój miasta. Tarnów stawał się miastem przemysłowym, nastąpił duży wzrost liczby mieszkańców. Powstawały nowe gmachy użyteczności publicznej oraz kościoły.

Z początkiem XV wieku w Tarnowie pojawiły się pierwsze murowane domy, a w połowie tego wieku miasto posiadało murowane fortyfikacje, ratusz i szpital (przytułek dla ubogich leżący poza murami miasta), a także szkołę parafialną, kanalizację i drewniany wodociąg. Pod koniec XV wieku Tarnów nawiedziły pożary, które strawiły znaczną część zabudowy miasta. Ówczesny właściciel miasta Jan Amor Tarnowski odbudował miasto przy okazji rozbudowując kościół kolegiacki. W 1459 r. przybył do Tarnowa zakon oo. Bernardynów. Największy rozkwit Tarnów przeżywał za czasów, kiedy dziedzicem miasta był hetman Jan Amor Tarnowski. W tym okresie rozbudowano fortyfikacje miasta, przebudowano ratusz, katedrę i zamek. Hetman wydał wiele instrukcji dotyczących sprawowania urzędów w mieście, jego obronności, zachowania mieszczan podczas pożaru oraz organizacji rzemiosła. W 1547 r. hetman Jan Tarnowski otrzymał od cesarza Karola V dziedziczny tytuł hrabiowski i od tego czasu dobra tarnowskie nazywano hrabstwem tarnowskim. W 1550 r. sprowadzono do Tarnowa ss. Bernardynki i wybudowano im niewielki klasztor. W 1561 r. zmarł hetman Jan Tarnowski, Tarnów w tym czasie zamieszkiwało ok. 1200 mieszkańców, a w obrębie murów miejskich znajdowało się 200 domów. Po śmierci hetmana dziedzicem hrabstwa tarnowskiego został jego syn Jan Krzysztof Tarnowski, który zmarł bezpotomnie w 1567 r. Jedyną jego spadkobierczynią została córka hetmana Jana Tarnowskiego księżna Zofia Ostrogska. W 1570 r. miasto oparło się oblężeniu przez wojska zaciężne rzochowskiej linii tarnowskich (zgłaszających pretensje do dóbr tarnowskich) i ich sprzymierzeńców. Po śmierci księżnej Zofii Ostrogskiej w 1570 r. Panem hrabstwa tarnowskiego został jej mąż książę Konstanty Ostrogski.

W 1603 r. Tarnów oraz hrabstwo tarnowskie zostało podzielone na dwie części pomiędzy synów księcia Konstantego Ostrogskiego i księżnej Zofii Ostrogskiej. Drogą spadków dzielił się coraz bardziej mając czasem wielu właścicieli naraz. Te podziały oraz pożary i zarazy nawiedzające miasto, jak również sytuacja w XVII-wiecznej Rzeczpospolitej doprowadziły do znaczącego upadku miasta. W czasie potopu szwedzkiego Tarnów został dwukrotnie złupiony przez Szwedów. W 1662 r. miasto liczyło jedynie 768 mieszkańców. Zanikał handel i rzemiosło. Ludność coraz częściej utrzymywała się z uprawy roli. Wiele domów, które zostały zniszczone w wyniku pożarów lub po prostu rozsypały się ze starości nie odbudowywano. O nowych budynkach użyteczności publicznej oczywiście nie mogło być mowy. W 1723 r. całe miasto przejęli książęta Sanguszkowie. Od tego momentu Tarnów powoli zaczął się podnosić z upadku. Systematycznie zaczęła wzrastać liczba mieszkańców miasta. Ożywił się handel i rękodzieło. Zaczęto zabudowywać wolne place nowymi domami. W lipcu 1772 r. do Tarnowa wkroczył korpus generała D`Altony, natomiast we wrześniu tegoż samego roku na tarnowskim rynku ogłoszono uniwersał rozbiorowy cesarzowej Marii Teresy i zawiadomiono mieszczan tarnowskich, że są poddanymi monarchii habsburskiej. W 1782 r. Tarnów stał się siedzibą cyrkułu (powiatu), a w latach 1783-86 stolicą diecezji oraz w 1787 r. siedzibą sądu. W 1787 r. książę Hieronim Sanguszko zrzekł się władzy zwierzchniej nad miastem i od tej pory Tarnów już nie był miastem prywatnym. Pod koniec XVIII wieku rozebrano mury miejskie i zasypano fosę. W tym czasie ukształtował się układ komunikacyjny miasta. Wytyczono nowe ulice – Krakowską, Wałową, Lwowską oraz nowe place handlowe. Około 1796 r. na Zabłociu powstał pierwszy w Tarnowie nie przykościelny cmentarz.