L’université de Toulouse a existé entre 1229 et 1793 et entre 1896 et 1968. C'est l'établissement à l'origine des trois universités actuelles.
Toulouse est, pendant toute la Basse Latinité, un foyer d'études des lettres représenté par un certain nombre de rhéteurs, comme Virgile Maro, qui prenaient comme pseudonyme dans leurs controverses le nom d'anciens auteurs grecs et latins pour former au début du VIIe siècle un centre académique appelé l'« École de Toulouse », réputée pour ses travaux de déconstruction de la grammaire jusqu'à rendre la langue complètement inintelligible aux profanes, et dont l'existence à Toulouse est encore attestée par Abbon de Fleury. On retrouve une multitude d'œuvres de Pseudo-Cicéron, de Pseudo-Horace, de Pseudo-Caton ou de Pdeudo-Énée, ce dernier relatant le siège et le pillage de Toulouse en 584 par Gondovald, mais sous le masque de celui de Rome par le phrygien Bastus. Cette école d'ésotérisme et de jargon aura une influence jusque dans les monastères d’Irlande et d'Angleterre où L’Énéide de Virgile Maro, qui y serait venu, aurait servi de modèle à La Navigation de saint Brendan, et où le moine irlandais Clémens, contemporain de Charlemagne, composera un traité des parties du discours dans lequel il insère de longs extraits d'un Pseudo-Virgile de Toulouse.
Par la suite, une école carolingienne de rhétorique existe au cloître Saint-Sernin jusqu'au XIIe siècle, et une autre est créée à la cathédrale Saint-Étienne au XIe siècle. Elles assurent la formation des clercs nécessaires à l'administration comtale et épiscopale, sans être un foyer intellectuel important. Entre 1215 et 1217, des théologiens extérieurs à Toulouse viennent y donner des cours que suivirent saint-Dominique et ses condisciples.
L'actuelle université de Toulouse a une origine historique bien précise : elle a été fondée, à l'initiative du cardinal Romain de Saint-Anges, en application du traité de Meaux-Paris passé en 1229 entre Raymond VII de Toulouse, comte de Toulouse, et Louis IX, roi de France, pour mettre fin à la guerre civile due à l'hérésie cathare. Le pape Grégoire IX lui donne la même organisation et les mêmes privilèges que l'Université de Paris qui venait juste d'être fondée (entre 1219 et 1231).
Parmi les fondateurs on peut nommer aussi l'évêque Foulques de Toulouse. Les premiers professeurs sont, entre autres, Jean de Garlande, qui rédige en 1229 un prospectus des études appelant les maîtres et les écoliers du Nord à venir y étudier, et Roland de Crémone. Les études comportent le studium generale, c'est-à-dire les arts libéraux et la théologie, et, dès l'origine, le jus ubique docendi, c'est-à-dire le droit.
L'enseignement est fait par des maîtres venant d'autres villes, et par les Frères Prêcheurs qui entreprennent en 1230 la construction de l'église et du cloître du couvent des Jacobins (Toulouse) où l'université de Toulouse tiendra, pendant plusieurs siècles, ses réunions et ses assemblées. Elle complète son organisation en se donnant des statuts généraux en 1311, 1313 et 1314, et des statuts particuliers pour la faculté des Arts en 1309, celle de Droit en 1314, celle de Théologie en 1366, 1374, 1380 et 1389. Un enseignement de Médecine était donné au sein de la faculté des Arts, et ne devint une faculté indépendante qu'au XVe siècle.
Le pape autorise les dominicains à transférer à Toulouse le corps de Thomas d'Aquin, philosophe de l'école scolastique qui avait proposé une synthèse entre lettres profanes et lettres sacrées, entre la pensée d'Aristote et la Bible, et proposé d'articuler la raison et la foi.
L'université de Toulouse compte donc à la fin du moyen Âge quatre facultés :
La structure de l'université reste la même à l'époque moderne
Par le décret du 5 septembre 1793, l'Université de Toulouse est abolie et disparaît avec l'ensemble des universités de France. L'année suivante ses biens sont confisqués et vendus comme biens nationaux.
En 1794, on institue à Toulouse un institut pluridisciplinaire d'enseignement supérieur, nommé Institut Paganel. Cet institut devient en 1795 l’École centrale de Toulouse tandis que l'école de médecine prend son autonomie. Napoléon institue en 1804 une école de droit, qui prend le titre de faculté de droit après le décret de 1808 organisant l'Université impériale. L'école centrale disparait alors que sont crées successivement une faculté de médecine (1808), une faculté de théologie (1809), une faculté de lettres (1809) et une faculté de sciences (1810). La faculté de théologie disparait en 1843.
En 1893 l'enseignement supérieur toulousain devient un « corps de facultés », puis en 1896 l'université de Toulouse est recrée par regroupement des quatre facultés.
Après la loi Faure de 1968, l'université de Toulouse se scinde en trois en 1969 :
À ces trois pôles s'ajoute l’Institut national polytechnique de Toulouse (INPT) qui a le statut d'université et qui regroupe 3300 étudiants répartis dans trois grandes écoles d'ingénieurs : l'École nationale supérieure d'électronique, d'électrotechnique, d'informatique, d'hydraulique, et des télécommunications (ENSEEIHT), l'École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques (ENSIACET) et l'École nationale supérieure d'agronomie de Toulouse (ENSAT). Ce pôle est complété par l'Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA Toulouse).