วันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2444 (ร.ศ.120) ได้เริ่มตั้งศาลเมืองธัญบุรี  มีฐานะเป็นศาลหัวเมืองตามพระธรรมนูญศาลหัวเมือง ร.ศ.114 ซึ่งแบ่งศาลหัวเมืองเป็น 3 ชั้น คือ 1. ศาลมณฑล 2. ศาลเมือง 3. ศาลแขวง

ในปี พ.ศ. 2438 (ร.ศ.114) พระธรรมนูญศาลหัวเมืองถูกยกเลิกโดยพระราชบัญญัติพุทธศักราช 2477 โดยให้ยกเลิกบรรดากฏหมาย กฎข้อบังคับอื่นๆ และใช้พระธรรมนูญศาลยุติธรรมแทน  ดังนั้น ศาลเมืองธัญบุรี จึงมีฐานะเป็นศาลจังหวัดธัญบุรี นับตั้งแต่วันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2478 เป็นต้นมา

อาคารศาลเมืองธัญบุรี ก่อนมีฐานะเป็นศาลจังหวัดธัญบุรีนั้น ก่อสร้างเป็นอาคารไม้ชั้นเดียวทรงปั้นหยา หลังคามุงกระเบื้อง พื้นสูงประมาณ 1 เมตร มีห้องพิจรณาคดีเพียง 1 ห้อง หลังอาคารศาลมีบ้านพักผู้พิพากษา 1 หลัง ด้านทิศตะวันตกของอาคารมีเรือนห้องขังผู้ต้องหา 1 หลัง ต่อมาได้มีการซ่อมแซมยกตัวอาคารให้สูงขึ้นพ้นศีรษะและกั้นเป็นห้องธุรการอยู่ชั้นล่างทางด้านทิศตะวันตก และทางด้านทิศตะวันออกได้กั้นเป็นห้องผู้พิพากษา 1 ห้อง ต่อมาได้เปลี่ยนแปลงห้องผู้พิพากษาดังกล่าวมาเป็นห้องพิจรณาขนาดเล็กและได้ขยายห้องผู้พิพากษาเพิ่มเติมในปี พ.ศ. 2515

ปี พ.ศ. 2516 ได้ก่อสร้างอาคารศาลจังหวัดธัญบุรี บ้านพักผู้พิพากษา 1 หลัง และบ้านพักจ่าศาลอีก 1 หลัง

วันที่ 21 กันยายน พ.ศ. 2516 นายบัญญัติ สุชีวะ ปลัดกระทรวงยุติธรรม เป็นประธานประกอบพิธีวางศิลาฤกษ์อาคารศาลจังหวัดธัญบุรี และกำหนดเปิดศาลจังหวัดธัญบุรี ในวันที่ 2 พฤษภาคม พ.ศ. 2517 โดยรัฐมนตรีว่าการกระทรวงยุติธรรม ศาสตราจารย์ ดร.ประกอบ หุตะสิงห์ เป็นประธานในพิธี

ศาลแห่งนี้แม้จะตั้งอยู่ในเขตจังหวัดปทุมธานีก็ตาม แต่สามารถเบิกเงินจากกระทรวงยุติธรรมได้โดยตรง จึงมีผู้นิยมเรียกศาลนี้ว่า “ศาลภูบาล”