Tallinna Energiaagentuur asutati Tallinna Linnavolikogu 15. novembri 2012 otsusega nr 157 "Tallinna Keskkonnaameti hallatava asutuse Tallinna Energiaagentuuri asutamine".
Tallinna Energiaagentuur tegeles alates 1. jaanuarist 2013 kohaliku omavalitsuse ning kogukonna energiakasutuse säästmise ja mõistliku kasutamise suunamisega. Agentuuri põhiülesandeks oli Tallinna linna säästva energiamajanduse, kliimamuutustega kohanemise ja nende leevendamise planeerimine ning arendamine. Alates 2019. aasta juunist oli agentuur Tallinna Ettevõtlusameti hallatav asutus.

Tallinna Energiaagentuuri (TEA) ülesanded olid:

• linnapeade paktist ja selle lisast tulenevate kohustuste täitmise korraldamine, koordineerimine ning rakendusaruannete ettevalmistamine;
• Tallinna säästva energiamajanduse ja kliimamuutustega kohanemise tegevuskava lähteülesande väljatöötamine ja Euroopa Komisjonile tegevuskava esitamise korraldamine;
• Tallinna säästva energiamajanduse ja kliimamuutustega kohanemise tegevuskava täitmise seire, uuringute korraldamine ning tegevuskava muutmine ja täiendamine;
• Tallinna linna energia- ja kliimapoliitika ning säästva ressursikasutusega seonduva targa linna kontseptsiooni kujundamiseks ettepanekute esitamine ning linnapeade pakti täitmiseks vajalike alusandmete küsimine Tallinna linna ametiasutustelt;
• elanikkonna teadlikkuse suurendamine energiamajanduse ja kliimamuutuste ning targa linna temaatika valdkonnas, sh ürituste korraldamine;
• osalemine energia- ja kliimapoliitika rakendamise meetmeid ja põhimõtteid ning sellega seonduva säästva ressursikasutusega targa linna kontseptsiooni rakendamist käsitlevate Tallinna õigusaktide väljatöötamisel;
• energiamajanduse ja kliimamuutustega kohanemise valdkonda ning targa linna temaatikasse kuuluvate projektide, sh välisrahastusega projektide, algatamine ja elluviimine koostöös asjaomaste Tallinna linna ametiasutustega;
• riigi- ja omavalitsusasutuste, vabaühenduste, juriidiliste ja eraisikutega säästva energia ja kliimamuutustega kohanemise valdkonnas koostöö korraldamine, sh koostöö teiste energiaagentuuridega ja osalemine energiaagentuuride rahvusvahelises võrgustikus.

4. aprillil 2019 kiitis Tallinna Linnavolikogu heaks Tallinna linna liitumise linnapeade kliima- ja energiapaktiga 2030. Pakti allkirjastanud linnapead kohustuvad vähendama CO2 (ja võimaluse korral muude kasvuhoonegaaside) heitkogust oma linna territooriumil 2030. aastaks vähemalt 40% ja parandada linna toimetulekut kliimamuutuste mõjuga. Linnapea Mihhail Kõlvart allkirjastas pakti 01. aprillil 2020.

Agentuuri tegevus lõpetati 31.12.2020 ning agentuuri ülesandeid täidab alates 01.01.2021 Tallinna strateegikeskuse strateegiateenistuse arengu- ja väliskoostöö osakonna rohepöörde sektor.