Kuni 19. sajandini tähendas mustuse ja tolmuga võitlemine põrandate harjamist või pesemist. Vaipade ja kangaste osatähtsuse tõusuga suurenes ka neisse kinnijääva tolmu kogus. Tavaline kodutolm, mis koosneb 75-80 protsendi ulatuses inimeste mahapillatud surnud rakkudest ja karvadest, muutub suurepäraseks paljunemiskohaks lestadele ja hiljem teistelegi parasiitidele.
1858. aastal Ameerika Ühendriikides leiutatud tolmuimeja eellane oli pühkimisseade, millega üle vaiba sõites pöörlevad harjad pühkisid tolmu edasi.
Esimese päris tolmuimejana valmis 1869. aastal mitteelektriline puust Whirlwind Ameerika Vaibapühkimise Kompaniis. See seade suutis käepidemelt vändatava siseventilaatori abil juba tolmu imeda.
Teisalt 1875. aastaks tähendas kodune tolmupuhastusmasin ikkagi imemisfunktsiooni ja pöörlevate harjadega tolmukoristusseadet, mille tõhusus sõltus käepidemelt vända ringiajamise kiirusest ja väntaja jõust. Paralleelselt valmisid ka tolmuimejad, kus imemisjõu tekitas käepidemel või eraldi paiknev sepalõõts.
Esimesed mootoriga tolmuimejad olid aga suured tõlla mõõtu gaasi jõul töötavad masinad, mille leiutas inglise insener Herbert Booth 1901. aastal. Sellist monstrumit veeti kahehobuse rakendiga maja juurest maja juurde ja kahe- kuni neljameheline meeskond ajas agregaadi voolikud tellijatele aknast või uksest sisse. Võimas gaasimootor imes tubade tolmu endasse ja sülitas tagant välja otse tänavale. Suurematel majadel paigutati seade pööningule ja vajadusel veeti voolikud mööda maja tolmuvõtmiseks laiali. Nii sündiski tänapäeva kortermajades leviv kesktolmuimeja.
Esimene kaasaskantav elektriline tolmuimeja leiutati San Franciscos 1905. aastal. 42 kilo kaaluv ja 46sentimeetrise läbimõõduga masin aga ei osutunud eriliseks müügihitiks.
Tänapäevast tolmuimejat meenutava elektrilise kodumasina leiutas 1908. aastal ameeriklane James Murray Spangler. Eerinevalt nüüdsetest masinatest olid toonased väga lihtsa ehitusega ja tihti nõrga tõmbega. Uuendusena lisandus veidi alla 20 kilogrammi kaaluvatele masinatele tolmukott. 1920. aastate algul ostis patendi ära William Hoover ja lõi Hooveri Tolmuimejakompanii.
Samal ajal alustas Rootsis õlilambitootja Lux koostööd insener Axel Wenner-Greniga, kes kavandas 1912. aastal esimese Lux tolmuimeja, mis kaalus 14 kilogrammi.
Wenner-Gren hakkas esimesena katsetama ka tolmuimejate reklaamimist ja müümist otse klientide kodus, et luksuseset massidesse viia. 1919. aastal Lux AB ja Elektromekaniska AB liitumisel moodustunud Põhjala kodumasinate tootja hakkas 1921. aastal tootma tolmuimejat Lux V. See lamav kelkjalastel voolujoonelise disainiga masin sai esimesks hitiks üle Euroopa ja aitas Luxil kümnendi lõpul sisse murda majanduskriisis vaevlevasse USA-sse. Voolujooneline mudel püsis tolmuimeja etalonina kergete välimuse muudatustega tootmises kuni 1960. aastateni.
1920. aastatel vormus Hooverile tüüpiline põrandaharja meenutav tolmuimeja, millel mootor koos harjadega oli all ja käepidemevarrel kõlkus tolmukott. Hoover 700 oli firma hitt Ameerikas kuni 1950. aastateni ja rajas teed sisus ja vormis koos Lux V-ga 1950. aastateni.
1930. aastatel hakati tolmuimejate ehitamisel kasutama plastmassi, samuti eksklusiivsematel mudelite korpustel lambikesi. 1950. aastateks muutus tolmuimeja tavaliseks keskklassi kodumasinaks. Järgnevail kümnendeil täiustati tolmuimejatel põhiliselt mootori kiirust ja suurendati väljuva õhu puhtust.
Teisalt on alates 1950. aastatest kuni 1980. aastateni tolmuimejad jäänud nii sisult kui ka vormilt üsna samadeks. Lisandusid vaid omal jõul liikumine ja eriotsikud.
1990. aastatel tootmisse tulnud märgmeetodil tavatolmuimeja imeb surveveega lahtilöödud mustuse masinasse. Tagajärjena puhastub vaip paremini ja väljuv õhkki saab lõpuks ometi puhtam.
1920. aastatel levitas Hoover aktiivset müügipoliitikat, kus müügiagent asus potentsiaalse kliendi kodus ise mahapuistatud sodi tolmuimejaga kõrvaldama.
Müügiagentidel tekkis ka müügitrikk, millega võrreldi perenaise vana tolmuimejat uuega. Selleks korraldati katse, kus lasti omanikul mingi must koht vaibast vana tolmuimejaga puhtaks võtta. Seejärel võttis müügiagent uue tolmuimejaga sama koha uuesti üle. Reeglina muutus katsekoht vana masinaga võetust puhtamaks. Tulemusena kippus klient uut tolmuimejat eelistama…
Teisalt aga ei võta ükski tolmuimeja esimese korraga vaipa laitmatult puhtaks. Seega kui oleks tolmuimejad müügitrikis ringi vahetatud, olnuks tulemus sama, aga vana masina kasuks.