I løbet af de første årtier blev haven udviklet med blomsteranlæg, springvand, lykkehjul, udsigtstårne, skydebaner, volierer til levende dyr, ballonopstigning, væddeløb og en cirkusbygning med plads til 1.000 gæster.
I 1888 indgik Tivoli i Den Nordiske Industri-, Landbrugs- og Kunstudstilling. Overskuddet fra udstillingen gik til det første Kunstindustrimuseum, der blev indviet i 1893 (fra 1978 kaldet Tivolislottet, i dag kaserne for garden og administration). I 1887 blev fregatten St. Georg med akvarium og restaurant indviet i Tivoli Søen, en rest af fæstningens voldgrav. Med forbillede i Adolphe Alphands parker i Paris havde landskabsgartner Henrik August Flindt udformet parken i årene 1876-79. Voldskråninger og voldgrav er delvis bevarede, men de stejle skråninger er blevet modelleret til en blødere form, og voldgravens rette bredder er bøjet til en langstrakt sø I dag kan gæsterne opleve den tredje udgave af fregatten.
Tivoli har fungeret som samlingssted ved politiske og historiske begivenheder, fx de store festarrangementer ved de slesvigske krige (1848 og 1864), Genforeningen i 1920 og Befrielsen i 1945/46. Tidstypisk var fra 1880’erne til ca. 1910 besøg af »eksotiske« folk fra Kina og Japan samt afrikanske karavaner og andre »menneskeudstillinger«.
Under 1. og 2. Verdenskrig måtte haven mørklægges, og forlystelserne drives delvis med håndkraft. I 1944 nedbrændte Glassalen, Koncertsalen, Arena Teatret og flere forlystelser ved schalburgtage, en nazistisk gengældelse mod den danske modstandsbevægelse.
Efter genopbygningen og i takt med udviklingen af velfærdssamfundet ca. 1955‑80 steg besøgstallet eksplosivt til over 5,5 mio. gæster årligt. Der var fokus på kunst og design. En kunstlegeplads åbnede i 1958, og i den nye koncertsal (Nordens største) med plads til 2.000 gæster blev præsenteret ballet og koncerter med store internationale navne.
Det folkelige element fik rig udfoldelse i Dansetten fra 1948 og Smøgen fra 1952 og ved varietéer og revyer. I samme periode blev Tivoli udviklet som turistmål og blev brugt til markedsføring både i Danmark og internationalt.
1980’erne var præget af konkurrence fra nye forlystelser i København og andre dele af Danmark. Der var efter faldende besøgstal behov for nytænkning. I 1994 ændredes navnet Kjøbenhavns Sommer-Tivoli til Tivoli A/S. Samme år blev der holdt Jul i Tivoli for første gang, og siden er nye sæsoner kommet til som Halloween i 2006 og Vinter i Tivoli i 2018.
Fra 1845 har der været abonnementsordning, for herrer alene, eller sammen med en eller to damer, senere blev kortet meget anvendt af kvindelige gæster, de såkaldte abonniner. I 1983 kom Turpas til.
Der har været spil i Tivoli fra begyndelsen i 1843. I 2012 forsøgte Tivoli sig med et online kasino, men det blev solgt fra i 2019. Fra 2010 drives også hotel syd for haven, efter at Tivoli forgæves havde forsøgt at bygge højt og tæt ved Rådhuspladsen.
Tivoli har rockkoncerter på Plænen hver fredag i sæsonen.
