เทศบาลนครธนบุรีได้จัดตั้งขึ้นตามพระราชบัญญัติการจัดตั้งเทศบาลนครธนบุรี พุทธศักราช 2479 เมื่อวันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2480 และเปิดดำเนินการเมื่อวันที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2480 ตั้งสำนักงานอยู่ที่บ้านเจ้าจอมพิศในรัชกาลที่ 5 ข้างวัดประยุรวงศาวาส ริมแม่น้ำเจ้าพระยา และได้ย้ายสำนักงานเทศบาลนครธนบุรี ซึ่งเป็นศูนย์กลางบริหารงานท้องถิ่น ไปตั้งอยู่ปลายถนนลาดหญ้า ตอนปากคลองสาน ริมแม่น้ำเจ้าพระยา (สำนักการศึกษากรุงเทพมหานคร ปัจจุบัน) เมื่อเริ่มจัดตั้งนั้น เทศบาลนครธนบุรี มีเนื้อที่ประมาณ 47 ตารางกิโลเมตร ซึ่งต่อมาได้มีพระราชกฤษฎีกาเปลี่ยนแปลงเขตเทศบาลอีก 2 ฉบับ ใน พ.ศ. 2498 และ พ.ศ.2509
พ.ศ. 2504 มีหน่วยงานปฏิบัติงาน คือ สำนักบริหารของคณะเทศมนตรี สำนักปลัดเทศบาล กองคลัง ประกอบด้วย แผนกผลประโยชน์ ซึ่งเป็นสถานที่รับเงินค่าภาษีอากรต่าง ๆ ทุกประเภทของเทศบาล แผนกสาธารณสุข ประกอบด้วย หมวดบำบัดโรค รับบำบัดโรคแก่ประชาชนทั่วไปในลักษณะคนไข้ภายนอก แผนกช่าง แผนกรักษาความสะอาด และแผนกการประปา ซึ่งรับติดตั้งประปาและชำระค่าน้ำประปาทุกประเภท มีหน่วยงานที่ปฏิบัติงานนอกสำนักงานเทศบาล ได้แก่ สำนักทะเบียนท้องถิ่นรวม 7 แขวง ซึ่งใช้สถานที่ตัวอำเภอบางส่วนเป็นสำนักงาน ประกอบด้วย
1. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงธนบุรี
2. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงคลองสาน
3. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงบางกอกใหญ่
4. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงบางกอกน้อย
5. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงภาษีเจริญ
6. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงบางขุนเทียน
7. สำนักทะเบียนท้องถิ่นแขวงตลิ่งชัน
ส่วนสำนักงานทะเบียนท้องถิ่นแขวงบางกอกน้อย นอกจากปฏิบัติงานในหน้าที่ติดต่อในการทะเบียนราษฎรแล้ว ยังทำการติดต่อในการเก็บภาษีโรงเรือน ภาษีบำรุงท้องที่และภาษีป้าย ของอำเภอบางกอกน้อยและอำเภอตลิ่งชันด้วย
นอกจากนี้ มีหน่วยงานที่ปฏิบัติงานภายนอก ได้แก่ สุขศาลาเจ้าคุณพระประยุรวงศ์ ให้บริการประชาชนด้านบำบัดโรคประเภทคนไข้ภายนอกและด้านทันตนามัย สุขศาลาจันทร์ไพบูลย์ให้บริการประชาชนด้านบำบัดโรคประเภทคนไข้ภายนอก และให้บริการด้านสงเคราะห์แม่และเด็ก
เทศบาลนครธนบุรี มีเนื้อที่ 52 ตารางกิโลเมตร มีประชากรในเขต 726,086 คน (สถิติ พ.ศ. 2514)
1. พระยามไหสวรรย์ (กอ สมบัติสิริ) | สมัยเริ่มการ 22 เมษายน 2480 – 1 พฤษภาคม 2481 | |
19 ธันวาคม 2484 – 15 กันยายน 2485 | ||
19 กุมภาพันธ์ 2489 – 5 กันยายน 2489 | ||
6 กันยายน 2489 - 18 เมษายน 2492 | ||
24 ตุลาคม 2511 - 6 กันยายน 2514 | ||
2. นายทองอยู่ พุฒพัฒน์ | 29 เมษายน 2483 - 24 เมษายน 2484 | |
3. พระพนม นครานุรักษ์ | 25 เมษายน 2484 - 18 กันยายน 2484 | |
4. พันเอก พระยาดำเกิงรณภพ(ทัด ปัทมานนท์) | 16 กันยายน 2485 – 14 สิงหาคม 2487 | |
5. พระพายัพพิริยกิจ (เอม พินนะลักษณ์) | 15 สิงหาคม 2487 – 17 กุมภาพันธ์ 2489 | |
6. นายจิตร ทังสุบุตร | พ.ศ. 2492 – 25 กันยายน 2499 | |
กันยายน 2514-21 ธันวาคม 2514 | ||
7. นายสิริบูล ภาคสุวรรณ | 27 กันยายน 2499 - ตุลาคม 2500 | |
8. นายบุญยง นิ่มสมบุญ | ธันวาคม 2500-พฤษภาคม 2501 | |
9. นายไถง สุวรรณฑัต | 30 พฤษภาคม 2501-20 พฤศจิกายน 2502 | |
10. นายชำนาญ ยุวบูรณ์ | พฤศจิกายน 2502- ตุลาคม 2511 |
1. พระยารัตนภักดี | 3 กันยายน 2480 | |
2. ขุนบูรณเวทย์ | 1 ตุลาคม 24854 | |
3. นายทัศน์ ชยานนท์ | 1 ตุลาคม 2489 – 2506 | |
4. นายประดิษฐ์ ถนัดพจนามาตย | พ.ศ. 2506-2514 |
1. พระยามไหสวรรย์ (กอ สมบัติสิริ) | พ.ศ. 2481-29 เมษายน 2483 | |
2. นายทองอยู่ พุฒพัฒน์ | 29 เมษายน 2483 - 24 เมษายน 2484 | |
19 ธันวาคม 2484-15 กันยาน 2485 | ||
19 กุมภาพันธ์ 2489-18 เมษายน 2492 | ||
3. พันเอก พระยาดำเกิงรณภพ(ทัด ปัทมานนท์) | 16 กันยายน 2485-14 สิงหาคม 2487 | |
4. พระพายัพพิริยกิจ (เอม พินนะลักษณ์) | 15 สิงหาคม 2487 – 17 กุมภาพันธ์ 2489 | |
5. นายจิตร ทังสุบุตร | พ.ศ. 2491- พ.ศ. 2496 | |
6. นายสิริบูล ภาคสุวรรณ | พ.ศ. 2496 | |
7. นายเกรียงไกร เนียมสมบูรณ์ | 27 กันยายน 2499 |