Aunque las torres de reloj se admiran hoy en día sobre todo por su estética, antaño cumplían una importante función. Antes de mediados del siglo XX, la mayoría de la gente no tenía relojes, y antes del siglo XVIII incluso los relojes domésticos eran raros. Los primeros relojes no tenían esferas, sino que eran únicamente relojes de sonería, que hacían sonar las campanas para llamar a la comunidad circundante al trabajo o a la oración. Por ello, se colocaban en torres para que las campanas fueran audibles a larga distancia. Las torres de reloj se situaban cerca del centro de las ciudades y solían ser las estructuras más altas. Cuando las torres de reloj se hicieron más comunes, los diseñadores se dieron cuenta de que una esfera en el exterior de la torre permitiría a los habitantes de la ciudad leer la hora cuando quisieran.
El uso de las torres de reloj se remonta a la antigüedad. La primera torre de reloj fue la Torre de los Vientos de Atenas, que contaba con ocho relojes de sol. En su interior había también un reloj de agua (o clepsidra), impulsado por el agua que bajaba de la Acrópolis. En la China de los Song, Su Song diseñó una torre de reloj astronómico que se erigió en Kaifeng en 1088, con un mecanismo de escape líquido. En Inglaterra, en 1288 se instaló un reloj en una torre de reloj, el precursor medieval del Big Ben, en Westminster; y en 1292 se instaló un reloj en la catedral de Canterbury. El reloj de torreta más antiguo que se conserva en Europa y que formaba parte de una torre de reloj es el de la catedral de Salisbury, terminado en 1306; y otro reloj instalado en St. Albans, en 1326, «mostraba varios fenómenos astronómicos».
Al-Jazari construyó un elaborado reloj y lo describió en su Libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos en 1206. Medía unos 3,3 metros de altura y tenía múltiples funciones además de la de medir el tiempo. Incluía una visualización del zodiaco y de las trayectorias solar y lunar, y un puntero con forma de luna creciente que se desplazaba por la parte superior de un portal, movido por un carro oculto y que provocaba la apertura de puertas automáticas, cada una de las cuales revelaba un maniquí, cada hora. Era posible reprogramar diariamente la duración del día y de la noche para tener en cuenta los cambios de duración del día y de la noche a lo largo del año, y también contaba con cinco músicos robóticos que tocaban música automáticamente al ser movidos por palancas accionadas por un árbol de levas oculto unido a una rueda de agua. Otros componentes del reloj de castillo incluían un depósito principal con un flotador, una cámara de flotación y un regulador de flujo, un plato y una válvula, dos poleas, un disco de media luna que mostraba el zodiaco y dos halcones autómatas que dejaban caer bolas en jarrones. El reloj de castillo de Al-Jazari se considera el primer ordenador analógico programable.
Los relojes de torre sincrónicos de línea (de red) se introdujeron en Estados Unidos en la década de 1920.