清末，币制紊乱，清政府在全国整顿金融秩序，为收回铸币权利，并使铜元、银元整齐划一，而整顿币制。光绪29年（1903年）3月，户部奏派军机大臣徐世昌及陈壁、张允言等为提调主其事，在天津勘定地势，筹设户部造币总厂。该址占地面积31916平方米，于光绪31年（1905年）春竣工，最初定名为“铸造银钱总局”。该厂引进美国、日本、德国等最新的机器设备，在当时堪称国内规模最大、设备最精良、技术最先进的造币厂，也是全国货币制造的中心。因该厂直属户部管辖，故于光绪33年（1907年）将原名“铸造银钱总局”改为“户部造币总厂”。

造币总厂初创时，拟定铸造金、银、铜三种货币，称为“大清金币”、“大清银币”、“大清铜币”，通行天下，已归一律。

光绪32年（1906年），户部易名度支部，造币总厂亦改名为“度支部造币总厂”。

宣统2年（1910年）2月，清政府下令铸造权收归中央，度支部奏准，将各省所设银、铜元造币厂一律裁撤，统归造币总厂统一铸造。4月，度支部颁布《币制则例》，铸造“大清银元”，据《币制则例》明令，“国币单位，定名曰元”，定“元”为单位，定银元为国币，标准趋于统一。至此，从光绪10年（1884年）―――宣统3年（1911年），共27年的货币单位银元制与银两制之争方休，铸造大清银币的标准趋于统一。

清末，造币总厂铸造的“光绪元宝”银币数量很大，仅就光绪34年（1908年）来说，就铸造了近1亿枚，宣统3年（1911年），铸造“大清银币”约7700万枚。北洋银元局和该厂从1902年-1907年5年间共铸铜元约6.8亿枚。此间也有许多版式品种的银元，由于未经户部核准，只铸出试样钱。但已核准版式的银币便大量铸造行用，推动了货币改革，是中国近代货币史的新开端。

1912年，度支部造币总厂与度支部造币津厂（原北洋银元局）合并，更名为“中国财政部天津造币总厂”。度支部造币津厂称为西厂，专铸铜元；原度支部造币总厂称为东厂，专铸银元。该厂组织完备，机器精良，堪称全国造币厂之最。民国3年（1914年），当时任国民党政府财政部长兼造币总厂监督吴鼎昌为该厂题写“造币总厂”四字门额。

1914年2月，根据颁布的《中华民国国币条例》规定，袁世凯头像银币（俗称袁大头）为国币。

“袁大头”铸造数量很大，自1914年开铸至1917年共铸有1亿8千余万元，此后杭州、南京及武昌各分厂开铸，估计其总发行量在5亿9千万元以上。该币在中国辽阔的疆域内普遍流通，长达数10年之久。

1923年3月12日，国民政府以总统敕令公布了国币型式，俗称“龙凤币”。民国时期，造币总厂还铸多种试样币和纪念币性质的金银币。比如：为孙中山、袁世凯、徐世昌、曹锟、段祺瑞、褚玉璞、张作霖、张学良等政要名人铸造了纪念币，铸量比较少。

1927年，北伐战争胜利后，民国政府禁止铸造袁世凯头像银元，改铸孙中山头像新币。该厂于1920年始铸孙中山头像银币，至1929年铸币9000余万元。

民国初期，造币总厂恢复了铜元的铸造。1919年，每日铸铜元达50万枚，至1922年，每日铸数高达500-600万枚。仅1922年一年间即铸当二十、当十铜元约8.5亿枚。由于质量日趋低劣，加之各省造币厂铸造的廉价、不足量、成色低的铜元充斥天津市面，遂形成铜元一再贬值，铸造铜元也已无利可图，加之商民的极力抵制，造币总厂从1927年起时铸时停。

1935年，日本为侵占华北地区，积极策动华北五省的所谓“自治运动”。同年12月，国民党政府决定在北平设立实质上脱离南京政府管辖的“自治”政权―――冀察政务委员会，由原国民党平津卫戍司令宋哲元任委员长。1936年，原造币总厂受命制造“自治”政权的铜元。

1940年，造币总厂停业。造币总厂的创建和发展，在我国金融史上有着重要地位和作用。