La capitale concentre l'essentiel des institutions artistiques du pays, des grandes salles du XIXe siècle aux lieux indépendants installés dans d'anciennes usines. Théâtre, peinture, cinéma et musique y entretiennent une tradition qui a traversé la période soviétique sans se dissoudre.
L'opéra et ballet Zakaria Paliachvili occupe avenue Roustavéli un édifice de style mauresque élevé en 1851, incendié, puis rebâti en 1896 sur les plans de Viktor Schröter. La salle porte depuis 1937 le nom du compositeur dont les ouvrages y furent créés. Le théâtre Roustavéli, fondé en 1887 et installé dans un bâtiment rococo, a associé son nom à des mises en scène qui ont tourné dans toute l'Europe. Le théâtre Marjanichvili, créé en 1928, tient l'autre rive de la Koura.
Rezo Gabriadze, scénariste de plusieurs films soviétiques célèbres avant de se tourner vers la marionnette, a fondé sa compagnie en 1981. Ses spectacles, parmi lesquels La Bataille de Stalingrad et Ramona, ont tourné sur les grandes scènes internationales. La tour de l'horloge penchée qu'il a construite à côté de sa salle, dans la vieille ville, est devenue l'une des silhouettes les plus photographiées de Tbilissi.
Niko Pirosmani, mort à Tbilissi en 1918 dans le dénuement, occupe une place centrale dans l'imaginaire national. Autodidacte, il peignait sur toile cirée noire pour les tavernes de la ville avant que des artistes d'avant-garde ne le révèlent en 1912. La Galerie nationale de l'avenue Roustavéli, rouverte au printemps 2026, lui consacre plusieurs salles. Le musée des beaux-arts Chalva Amiranachvili a repris ses activités en octobre 2024 après une longue fermeture, et le musée privé des Beaux-Arts de Géorgie, ouvert en 2018, présente l'art géorgien du XXe siècle.
Les studios de Tbilissi, réunis sous l'enseigne Gruzia-Film, ont produit à l'époque soviétique une école réputée pour sa liberté de ton et son sens de la fable. Otar Iosseliani, parti travailler en France, et Sergueï Paradjanov, né dans la ville en 1924, en demeurent les figures les plus connues à l'étranger, aux côtés de Tenguiz Abouladzé. La production s'est effondrée après 1991, avant qu'une génération nouvelle ne revienne dans les festivals grâce aux coproductions européennes.
Le chant polyphonique géorgien, proclamé chef-d'œuvre du patrimoine oral par l'Unesco en 2001 puis inscrit sur la liste représentative, se pratique à Tbilissi dans les chœurs d'église comme dans les ensembles de concert. La ville s'est aussi imposée comme un pôle de la musique électronique, autour de clubs installés sous un stade ou sous un pont. Les anciens bâtiments industriels de la rive gauche, reconvertis en ateliers, galeries et espaces d'exposition, accueillent une partie de la création contemporaine.