I primi documenti che attestano la presenza della torre risalgono al XIII secolo quando a Mestre c'era la famiglia trevigiana dei Collalto. Nel corso dei secoli è stata chiamata Torre di San Lorenzo, Torre delle Ore, Torre Civica e Torre dell'Orologio; assieme alla porta-torre di Belfredo era uno degli accessi al borgo Mestre recintato da una palizzata di legno. In una mappa del 1603 questo ingresso, che metteva in comunicazione l'interno dell'abitato fortificato con il borgo di San Lorenzo, era denominato "Porta della Loza". Nel XIV secolo, con la conquista dei veneziani tra questa torre e la vicina torre di Ca'de Musto furono costruiti due alti muri in modo tale da formare un fortilizio che divenne parte integrante della nuova cinta muraria chiamata Castelnuovo che sostituì nella funzione militare difensiva il Castelvecchio.
 
Alla fine del Cinquecento la torre fu dotata di un orologio che guardava verso Via Palazzo. All'inizio del XVII secolo l'edificio veniva rappresentato parzialmente diroccato, tuttavia in una mappa del 1614 appare già restaurato e parzialmente modificato con la costruzione al suo fianco di un'altra porta, che permetteva di transitare dalla Piazza Maggiore verso il borgo Mestre. Sempre in questo periodo alla torre furono addossate anche delle case e infine si realizzò un altro orologio per far vedere le ore anche dalla Piazza. Prima del 1796 fu abbattuto il muro di cinta del Castelnuovo di cui rimane traccia anche sul muro esterno del lato ovest della torre.
 
Tra l'Ottocento e il Novecento l'edificio subì due interventi di restauro. Con il primo furono aperti tre passaggi al piano terra, per realizzare un porticato, e due piccole finestrelle sul lato ovest; si demolì la torricella che conteneva la campana collocata sul tetto, si costruirono i merli e fu installato un nuovo meccanismo per l'orologio. Chi si occupava di farlo funzionare poteva usare i locali della torre a suo piacimento; fu così che per un lungo periodo venne utilizzata come magazzino, bottega da caffè e abitazione privata. Tra il 1848 e il 1849 fu torre di avvistamento per l'esercito austriaco. Durante il secondo restauro furono asportati i resti degli affreschi antichi che ricoprivano le murature esterne e per l'ennesima volta fu sistemato il tetto e sostituito nuovamente l'orologio che non funzionava.

All'inizio del XX secolo vennero aperte due finestrelle a fianco del quadrante dell'orologio rivolto alla Piazza, che dovevano indicare le ore, come quelle della torre di Piazza san Marco. Pochi anni dopo si avanzò l'ipotesi di trasformare la torre in acquedotto. Durante il Ventennio fascista si riunivano tra le sue mura le brigate nere della cui propaganda politica rimane traccia negli affreschi parzialmente visibili al piano terra. Fino al 1950 ripresero le affittanze e in seguito il Comune di Venezia adibì la torre a deposito dell'Archivio cittadino. Nel 1976 un forte terremoto mise a dura prova le strutture e per questo venne svuotata dagli incartamenti in attesa dell'ennesimo intervento di restauro.
Breve galleria di immagini e cartoline storiche della Torre civica di Mestre

La Torre, dopo la ristrutturazione, è stata inaugurata il 28 settembre 2003.

Dal dicembre 2005 la gestione diretta della Torre è stata affidata dal Comune di Venezia alla Municipalità Mestre-Carpenedo, che ha destinato tale spazio come nuovo riferimento per la cultura mestrina di qualità sede di importanti "Eventi e Manifestazioni in Torre".