Der georgische Name Tbilisi bedeutet soviel wie "warme Quelle", vom თბილი, tbili (dt. warm). An den Nordosthängen des Mtabori sprudelt bis zu 46,5°C heißes, kohlensäurehaltiges Schwefel-Quellwasser aus der Erde, das seit Jahrhunderten in Badehäusern genutzt wird.
Die Überlieferung berichtet, dass der georgische König Wachtang I. Gorgassali auf der Jagd in einem bewaldeten Tal einen Fasan erlegte. Das Tier fiel in eine heiße Quelle und wurde vom sprudelnden Wasser sofort gar gekocht. Der König ließ die Umgebung genau erforschen. Als er erfuhr, dass es dort viele heiße Quellen gab, gründete er 485 an diesem Ort die Stadt Tbilisi.
Der in Deutschland gebräuchliche Name Tiflis ist der ursprüngliche Name der Stadt. Er wurde bereits im 13. Jahrhundert von deutschen Kartografen, später auch von Marco Polo verwendet. Der Name Tbilisi wurde 1936 auf Initiative georgischer Linguisten eingeführt. Am 20. September 2006 hielt das georgische Parlament eine Feierstunde zum 70. Jahrestag der Umbenennung ab.