Piccola cittadina che sorge sulla Costa Toscana, a solo 18 km da Pisa è mersa nella pineta marittima del  litorale pisano. Tirrenia  è bagnata dal Mar Ligure. Questo tratto di mare è tuttavia tradizionalmente considerato appartenente al Mar Tirreno, dal quale poi deriva il nome stesso della cittadina. Tirrenia è situata al centro della costa toscana, immediatamente a sud della Versilia, ed è compresa nella parte più meridionale del Parco naturale di Migliarino San Rossore Massaciuccoli. Si sviluppa prevalentemente lungo la costa, ed è delimitata da Marina di Pisa a nord, e Calambrone a sud. Il suo territorio racchiude uno degli ultimi ambienti dunali italiani, protetto da un'oasi del WWF, e la sua Spiaggia  è stata insignita della Bandiera Blu anche nell’anno 2013.

La frazione venne fondata il 3 novembre del 1932  e fu una delle città di nuova fondazione volute dal regime fascista. Fino ad allora area paludosa, venne riqualificata con l'aspirazione di farne la "Perla del Mediterraneo"  e la capitale cinematografica d'Italia. Vennero chiamati architetti da tutta Italia, come Adolfo Coppedè, Federico Severini e Antonio Valente, che dettero all'abitato una tipica impronta razionalista. La cittadina era attraversata da nord a sud dalla strada litoranea (viale del Tirreno), ed aveva il suo fulcro nella centrale piazza dei Fiori, dove sorgeva lo Stabilimento Imperiale (caffè, albergo, stabilimento balneare).

Furono inoltre edificate strutture alberghiere per i giovani, denominate “colonie estive” nella parte più meridionale dell'abitato, al confine con la frazione di Calambrone. Notevole fu anche lo sviluppo dell'edilizia privata, con l'edificazione di ville residenziali per i ricchi che dovevano essere attratti dalla località come meta di villeggiatura estiva. 

Come accennato, Tirrenia fu lanciata come città del cinema. Al fine di promuovere l'ideale del Fascismo in Italia e per fare propaganda politica, vennero quindi costruiti, sull'esempio di quelli statunitensi, i primi studi cinematografici su larga scala d'Italia, venne fondata la relativa casa di produzione (stabilimenti "Tirrenia Film Studios"  ma nel 1937 a Roma sorsero i primi teatri di posa di Cinecittà e gli attori e registi che fino ad allora avevano frequentato Tirrenia preferirono sempre più spesso la capitale. Durante la seconda guerra mondiale i teatri di posa furono requisiti prima dai tedeschi in ritirata e in seguito dagli americani, che ne fecero fino al 1948 un deposito di materiale strategico, ciò che contribuì alla loro decadenza. L'attività cinematografica riprese nel dopoguerra e conobbe una certa vivacità negli anni cinquanta e sessanta, in concomitanza con la stagione d'oro del cinema italiano. Nel 1961 gli stabilimenti furono rilevati da Carlo Ponti con il nome di Cosmopolitan Film; non si trattò tuttavia che del canto del cigno in quanto gli stabilimenti cinematografici di Tirrenia chiusero nel 1969. 

Al termine della seconda guerra mondiale su terreni in parte già demaniali, in parte espropriati alla "Fattoria di Tirrenia", nel 1951 sorse la base americana di Camp Darby, ancora attiva oggigiorno e che costituisce la più grande base logistica statunitense fuori dai confine nazionali.