Систему местного самоуправления в Твери образуют представительный орган местного самоуправления — Тверская городская Дума (состоит из 33 депутатов), высшее должностное лицо — глава города Твери (с 2009 года — Владимир Иванович Бабичев) и исполнительно-распорядительный орган — администрация города Твери. В структуру администрации города входят глава администрации (с 2009 года — Василий Борисович Толоко), его заместители, отраслевые органы (департаменты архитектуры и строительства; жилищно-коммунального хозяйства; здравоохранения и социальной политики; управления имуществом и земельными ресурсами; экономики, инвестиций и промышленной политики, ряд управлений и отделов), а также администрации четырёх районов города — Заволжского, Московского, Пролетарского и Центрального.

Тверская городская Дума как городской представительный орган существовала с 1785 по 1918 год, была воссоздана после роспуска советов и принятия новой Конституции России 1993 года. 20 марта 1994 года были проведены выборы в Совет народных представителей, который 26 мая получило название «Тверская городская Дума». 7 июня депутаты впервые смогли провести правомочное заседание, а 14 июня — избрать председателя Валерия Матицына (впоследствии эту должность занимали Валерий Павлов, Виктор Почтарёв, Дмитрий Баженов, Игорь Сердюк, Андрей Борисенко, Людмила Полосина, Владимир Бабичев). В 1996 году депутаты приняли основополагающий документ города — Устав города Твери, заложив в него выборы части состава Думы путём ротации; после этого выборы депутатов проводились 27 октября 1996 года и в дальнейшем — через каждые два года по «чётным» и «нечётным» округам. В 2007 году 12 бывших депутатов (включая бывшего председателя Думы Почтарёва) были осуждены за получение взяток за принятие решений в пользу Росводоканала и других предприятий коммунального хозяйства. В октябре 2008 года выборы части состава депутатов прошли уже по партийным спискам, а в марте 2009 года на систему партийных списков был переведён уже весь состав городской Думы, при этом прекращена практика «ротации» депутатов (избрания состава Думы по частям). На выборах 2009 года наилучшие результаты (49 процентов голосов) показали местные коммунисты.

7 октября 1996 года одновременно с выборами в городскую Думу прошли первые всенародные выборы главы города, на них победил Александр Белоусов, возглавлявший с 1991 года городскую администрацию и получивший более 50 процентов голосов. 30 октября 2000 года он был переизбран на второй срок, а 9 апреля 2001 года умер от сердечного приступа. 6 июля 2001 года на досрочных выборах главы города победил оппозиционно настроенный депутат городской Думы Олег Лебедев. 2 декабря 2007 года он при поддержке проправительственной партии «Единая Россия» был переизбран на второй срок, получив более 70 процентов голосов. 11 апреля 2008 года он был временно отстранён от должности Центральным районным судом в связи с уголовным делом, возбуждённым в 2005 году, закрытым в 2006 году и возобновленным Генеральной прокуратурой России в марте 2008 года (Лебедев обвинялся в том, что препятствовал работе следствия по делу в отношении его заместителя Олега Кудряшова). 23 мая Олег Лебедев был восстановлен в должности, а 3 июня — вновь отстранён от должности; 25 июня он был взят под стражу и этапирован в Кашин, где был осуждён выездной коллегией Тверского областного суда с участием присяжных заседателей к полутора годам лишения свободы, что автоматически означало прекращение его полномочий. В 2009 году он был условно-досрочно освобождён, но в должности восстановлен не был.

В конце 2008 были Тверской городской думой были приняты изменения в устав города, в соответствии с которыми были отменены прямые выборы главы города и введена новая должность главы администрации города; при этом поправки в устав вызвали неоднозначную реакцию городской общественности, а попытки местных коммунистов вынести вопрос на общегородской референдум не были поддержаны городской Думой. В марте 2009 года новым главой города из состава депутатов был избран депутат от партии «Единая Россия» Владимир Бабичев, а в мае того же года главой администрации города был назначен Василий Толоко, занимавший до этого должность первого заместителя губернатора Тверской области. Как глава города, так и глава местной администрации были избраны минимальным большинством 17 голосов (Единая Россия, Справедливая Россия и ЛДПР) против 16 (КПРФ). 27 декабря 2011 года большинством голосов (22 «за», 6 «против») городская Дума проголосовала за досрочное прекращение полномочий Василия Толоко. 29 марта 2012 года решением Тверской городской Думы (25 — «за», 4 — «против») Главой администрации Твери был назначен Валерий Павлов, до этого занимавший должность первого заместителя главы администрации.