Tänaseks Tartu linna piiridesse jäänud Tähtvere mõis (saksa k Techlefer) kuulus ajalooliselt hoopiski Nõo kihelkonna koosseisu. Mõisat on esmamainitud 1515. aastal ning keskajal kuulus ta Tartu piiskopile. Kui Lõuna-Eesti siirdus Poola alt Rootsi alla, kinkis Rootsi kuninganna Kristiina mõisa Ake Axelsonile. Peale Põhjasõda kuulus mõis Jakob Balkile ja kindral Rumjantsevile. Alates 1819. aastast kuni 1919. aasta võõrandamiseni kuulus mõis von Wulfide suguvõsale, mõisa viimane omanik oli Emil von Wulf.

Mõisa esnduslik väljaehitamine seondub just von Wulffide ajastuga. Kahekorruseline klassitsistlik peahoone püstitati mõisa arvatavasti üsna vahetult peale mõisa omandamist von Wulffide poolt 1820-30tel aaststel. Hoone paiknes vahetult Emajõe kõrgel kaldal, arvukad kõrvalhooned paiknesid hajusalt sellest edela pool. 1910te aastate algul püstitati mõisa uus heimatstiilis peahoone. Rudolf Pohlmanni projekti järgi valminud ehitis kasutas vasaku tiivana ära samal koha varem asnud kahekorruselist ehitist.

Teise maailmasõja järgselt asus mõisa peahoones Eesti Loomakasvatuse ja Veterinaaria Instituut. Kaasajal on mõisa peahoonest saanud Eesti Põllumajandusülikooli üks õppehooneid. Hoone algne välimus on enamikus säilinud, siseruumid aga palju ümber ehitatud. Ka vana peahoone on säilinud, kuid tugevalt ümber ehitatud kujul. Sellest on algsena säilinud kaunis välisuks. Kogu mõisakompleks ja selle lähiümbrus on muutunud Tartu põhjapoolseimaks linnaosaks. Ka mitmed kõrvalhooned on säilinud, kuid osalt ümber ehitatud kujul.

Ajalooliselt kulges Tähtvere mõisasüdant läbiv tee ainult Vorbuse mõisa ning selle taga asuvatesse Emajõe äärsetesse metstesse. Kärevere silla ehitamise järel on see tee muutunud aga suure koormusega Tallinn-Tartu maanteeks, mida on mõisa kohal tunduvalt laiendatud.

Ajaloolise jaotuse järgi Tartumaale Nõo kihelkonda kuulunud mõis jääb kaasajal Tartumaale Tartu linnaterritooriumile.