Nazwa zespołu pochodzi ze sztuki, którą przerabiałem w college’u pt. „Wszyscy moi synowie” Arthura Millera. Główny bohater produkuje części do samolotów wojennych. Zorientował się, że niektóre części, które produkuje, są wadliwe. Musiał podjąć decyzję: wycofać części czy je wysłać? W końcu decyduje się je wysłać, przez co ginie 21 pilotów. Jak my to interpretujemy? Ciągle mamy jakieś decyzje do podejmowania. Zawsze jest dobre i złe wyjście. Czasami trudno jest zdecydować, które jest dobre, a które złe. Często trudne wyjście jest dobrym. Dzięki nazwie naszego zespołu ciągle przypominamy sobie o tym, by podejmować tylko dobre decyzje. ~Tyler Joseph
Zespół został założony w 2009 w amerykańskim mieście Columbus przez przyjaciół ze studiów: Tylera Josepha, Nicka Thomasa i Chrisa Salih[7]. Joseph wymyślił nazwę zespołu podczas czytania sztuki Arthura Millera pt. Wszyscy moi synowie[7]. W grudniu 2009 zespół wydał swój pierwszy album pt. Twenty One Pilots i zaczął koncertować po Ohio[8].
W 2011 Thomas i Salih odeszli z zespołu ze względu na nadmiar zajęć, a do Tylera Josepha dołączył Josh Dun. 8 lipca wydali swój drugi album pt. Regional at Best. W listopadzie zagrali w mieście Columbus wyprzedany koncert, przyciągając uwagę wielu wytwórni płytowych.
W kwietniu 2012 ogłosili, że podpisali kontrakt z wytwórnią Fueled by Ramen. 17 lipca 2012 wydali pod skrzydłami wytwórni EP pt. Three Songs. W sierpniu koncertowali z zespołami Neon Trees i Walk the Moon. Ich album Vessel, nad którym pracowali z Gregiem Wellsem (producentem, który pracował m.in. z Adele i Katy Perry), został wydany 8 stycznia 2013[9].
19 maja 2015 wydali czwarty album studyjny pt. Blurryface[10]. Wydawnictwo promowały m.in. single „Stressed Out”, który znalazł się na pierwszym miejscu listy AirPlay – Top w Polsce[11] i uzyskał status potrójnej platynowej płyty[12], oraz „Ride”.
