Het oudst gekende materiële spoor van Kasteel Tivoli is een arduinen gedenksteen uit 1802, aangebracht in het souterrain van het gebouw. Deze datering verwijst naar de voltooiing van een landhuis dat werd opgetrokken op initiatief van Corneel Scheppers, brouwer en lid van een vooraanstaand Mechels geslacht. Scheppers behoorde tot de gegoede burgerij die zich aan het einde van de achttiende en het begin van de negentiende eeuw manifesteerde door de aanleg van buitenverblijven aan de rand van de stad.
De ontstaansgeschiedenis van Tivoli houdt nauw verband met een reis die Corneel Scheppers in 1792 ondernam naar Italië. Tijdens deze reis bezocht hij onder meer het stadje Tivoli nabij Rome, dat sinds de oudheid bekendstaat om zijn landschappelijke schoonheid, waterpartijen en monumentale fonteinen. De indrukken die hij daar opdeed, vormden de directe inspiratie voor de aanleg van een eigen buitenverblijf. Na zijn terugkeer liet Scheppers op zijn Mechelse domein een landhuis bouwen, dat hij in 1802 voltooide en bewust de naam ‘Tivoli’ meegaf. Het gebouw fungeerde als buitenhuis, bedoeld voor ontspanning, rust en representatie, in overeenstemming met de heersende levensstijl van de stedelijke elite.
In 1841 droeg Corneel Scheppers het buitenverblijf over aan zijn jongste zoon Victor Scheppers, later algemeen bekend als Monseigneur Scheppers. Het domein speelde een betekenisvolle rol in diens leven en maatschappelijk engagement. In een bijgebouw op het terrein organiseerde hij onderwijs voor kinderen uit de omliggende buurt, waarbij lezen, schrijven en godsdienstonderricht centraal stonden. Deze pedagogische activiteiten sluiten aan bij zijn bredere inzet voor opvoeding en sociale zorg.
Na het overlijden van Victor Scheppers in 1877 veranderde het eigenaarschap van Tivoli opnieuw. Het domein kwam in handen van brouwer Van Diepenbeek en diens echtgenote. Zij lieten het kasteel na aan hun zonen Louis en Leon. Leon deed afstand van zijn erfdeel, waardoor Louis de enige eigenaar werd. Bij zijn overlijden in 1937 ging het kasteel over naar zijn dochter Renée. Zij vestigde zich in Tivoli na het overlijden van haar echtgenoot, Charles Degraux, en bleef er wonen tot aan haar dood op 22 januari 1978.
Met het overlijden van Renée brak een nieuwe en beslissende fase aan in de geschiedenis van het domein. Haar dochter Andrée liet Tivoli na aan haar vijf kinderen, die het kasteel en het omliggende park nog datzelfde jaar verkochten aan de Stad Mechelen. Daarmee werd het private buitenverblijf definitief opgenomen in het publieke domein.
In het najaar van 1990 kreeg Kasteel Tivoli een opvallende tijdelijke artistieke invulling. Kunstenaar Jan Fabre bekleedde de volledige gevels met vellen papier, die met de hand werden ingekleurd in een blauw balpenpatroon. Deze ingreep, die internationaal weerklank vond, transformeerde het kasteel tijdelijk tot een monumentaal kunstwerk. Een jaar later, in 1991, werd in het gebouw een horecazaak geopend, waardoor het domein opnieuw een levendige ontmoetingsplek werd voor bewoners en bezoekers van de stad.
De formele erfgoedwaardering volgde in 1997. Het kasteel zelf werd beschermd als monument, terwijl het park en de bijgebouwen werden opgenomen als beschermd stadsgezicht.