El estilo musical de la banda es pop esquizofrenico, pero es descrito como hip hop alternativo, electropop, indie pop, pop rock, rap, reggae y trip hop. También han sido ocasionalmente clasificados como "indie rock", electrónica, pop-rap, hip hop, y indietronica. Es difícil categorizar a Twenty One Pilots usando solamente un género, ya que encajan dentro de varios. Se ha atribuido esto parcialmente al hecho de que, tanto Tyler como Josh, son músicos autodidactas, lo que implica que mientras producen su trabajo rompen muchas convenciones musicales de las que no son conscientes, sus canciones son escritas por Tyler, quién incorpora tanto rap como canto en sus letras. Tyler ha dicho que nunca pretendía ser rapero, pero que al intentar encajar poesía, sobre todo cuando es demasiado larga, necesita empezar a rapear para hacer encajar las letras.

El propósito de Twenty One Pilots para hacer música es "hacer que la gente piense" y alentarlos a encontrar alegría en lo que creen en la vida. Twenty One Pilots deriva su nombre y filosofía de la banda en un origen literario. Esto se remonta a los días de la universidad, según Tyler, cuando estudiaba teatro en la Universidad Estatal de Ohio. Obtuvo el nombre y el significado de la banda al leer la obra de 1947 All My Sons del dramaturgo estadounidense Arthur Miller.

En la historia, el protagonista principal es un contratista de guerra llamado Joe Keller que fabrica piezas para aviones de guerra. Al descubrir que algunos son defectuosos y fallarían, debe decidir si los usa o no. Se ve obligado a tomar la decisión de gastar su dinero para reparar las partes defectuosas o usarlas así dañadas. Aunque quiere hacer lo correcto, Keller teme perder dinero y necesita mantener a su familia, por lo que decide enviar las partes defectuosas de todos modos a Europa durante Segunda Guerra Mundial. Como consecuencia de su decisión, veintiún pilotos mueren y al final, Keller se suicida.

Tyler ha explicado los temas de dilema moral de la historia, entre elegir la decisión fácil y la correcta resonó con él e inspiró el nombre y la formación de la banda. Le demostró que cada decisión que tome tendrá excelentes resultados o consecuencias nefastas. Tyler dice a esto: "Nos enfrentamos constantemente con decisiones. Muchas veces, las correctas toman más trabajo, lleva más tiempo ver el beneficio, son la ruta larga. Sabemos que para llegar a donde queremos estar y hacer lo que queremos hacer, a veces tenemos que hacer lo que no tenemos ganas de hacer. Se necesita mucho trabajo, y el nombre de la banda es un recordatorio constante de eso".

Con respecto a su logotipo, significa Twenty One Pilots. Y va acompañado con el concepto de que siempre estamos luchando por un proposito, además de descubrir cual es nuestro proposito, cual es el punto, y con el logotipo, lo que realmente significa es un estímulo, Tyler declaró en una entrevista que: “El significado del propósito para mí es crear algo, si es escribiendo letras, pintando una imagen, expresándose a través del arte, ya sea fotografía, música o teatro. No tiene que ser artístico, pero si creas algo y solo tú sabes su significado, ese es el comienzo del propósito para ti.

Como comenzó Twenty One Pilots.

Mientras asistía a la Universidad Estatal de Ohio, Tyler conoció en Texas a su futuro compañero de banda Chris Salih en una fiesta. Al ver el talento y la energía creativa de Tyler, Salih le consultó sobre comenzar una banda. Tyler acordó tocar música juntos y comenzó a compartir sus ideas para nueva música. Justo antes de su primera actuación, Tyler invitó a Thomas a unirse a la banda aún sin nombre como bajista. En 2009, el grupo se mudó a una casa propia, donde su primer álbum fue conceptualizado y grabado en el sótano.

Ahora con el nombre de Twenty One Pilots, El grupo lanzó su álbum debut homónimo, Twenty One Pilots, el 29 de diciembre de 2009, y comenzó a recorrer Ohio. Su comercialización inicial fue de base la madre de Tyler, quien se pararía afuera de Universidad Estatal de Ohio regalando entradas para sus espectáculos. Durante este tiempo, la banda participó en los concursos "Battle of the Band" en The Alrosa Villa y The Basement, importantes locales de música de Columbus.

En 2010, la banda publicó dos pistas en su cuenta SoundCloud, una versión de "Jar of Hearts" de Christina Perri y una interpretación remezclada de "Con te partirò (Time to Say Goodbye)" por Andrea Bocelli y Sarah Brightman. La última canción se convertiría en la primera canción que el baterista local Josh Dun escuchó del grupo.

Tanto Salih como Thomas permanecieron involucrados con la producción de la banda durante algún tiempo después de su partida. Thomas asistió brevemente a la escuela en Carolina del Norte, pero se mudó a la casa de Tyler y Josh en Columbus un año después y comenzó a administrar sus mercancías.

Con una nueva alineación compuesta solo por Tyler y Josh, Twenty One Pilots lanzó por su cuenta su segundo álbum, "Regional at Best", el 8 de julio de 2011. El álbum fue acompañado por un programa de lanzamiento de CD gratuito con el argumento de New Albany High School. Mientras Salih y Thomas estuvieron involucrados en la conceptualización del álbum, ni ellos ni Josh afirman haber tenido mucha participación en su producción, que fue manejada casi exclusivamente por Tyler.

En abril de 2012, en un concierto agotado en el Lifestyle Communities Pavilion, se anunciaron bajo el sello de Atlantic Records, subsidiaria de Fueled by Ramen. El 17 de julio de 2012, lanzaron su álbum debut con Fueled by Ramen en forma de EP con tres canciones, titulado "Three Songs".

Vessel fue lanzado el 8 de enero de 2013 y obtuvo el puesto 58 en el Billboard 200. Los vídeos musicales de "Guns for Hands" y "Car Radio", fueron lanzados el 7 de enero y el 9 de abril respectivamente. El grupo tuvo su primer éxito en las radios estadounidenses con "Holding on to You", que alcanzó el puesto 11 en la tabla Billboard Alternative Songs.

El 17 de mayo de 2015, Twenty One Pilots lanzó su segundo álbum de estudio, Blurryface, 2 días antes de la fecha oficial de lanzamiento, el 19 de mayo.

En febrero de 2016, la canción Stressed Out alcanzó el puesto No. 2 en el Billboard Top-Five Single. En marzo del mismo año, el álbum ya había vendido 792 000 copias sólo en Estados Unidos. Blurryface alcanzó también el puesto No. 1 en el Top Billboard 200. (Es que Stressed Out es una pasada).

El 17 de junio de 2016 lanzaron, a través de iTunes, un nuevo sencillo llamado "Heathens", que fue hecho para la banda sonora de la película Suicide Squad. El sencillo es la tercera canción de la banda sonora. En septiembre de 2016, se publicó una versión de “Cancer”. Siendo este cover una canción de la banda My Chemical Romance del año 2006.

El 12 de febrero del 2017, el dúo ganaría su primer Grammy en la categoría Mejor Dúo/Grupo Alternativo con su sencillo Stressed Out. A mitades de este mismo año, la banda en su cuenta oficial de Twitter anunciaría con unas cuantas misteriosas fotos su descanso, el cual sería denominado por los fanáticos como "Hiatus".

El 7 de abril de 2021 la banda lanzó el primer sencillo del álbum Scaled and Icy, llamado "Shy Away". Cabe recalcar que esta canción continúa con la historia explicada en sus álbumes, canciones y videos musicales, indicando que este álbum es la continuación de la historia. El 30 de abril de 2021, estrenan otro sencillo del mismo álbum, Scaled and Icy, titulado "Choker”. . Esta canción tiene un video musical que tiene muchas referencias a DEMA, que, igualmente a "Shy Away" continúa directamente con la historia principal

El cuarto álbum de estudio del dúo, Scaled and Icy, finalmente se lanzó el 21 de mayo de 2021

El 28 de febrero, la banda anunció el lanzamiento de un nuevo sencillo titulado "Overcompensate", lanzado el 29 de febrero junto a su video musical. Ese día, se anunció el lanzamiento de su séptimo álbum de estudio Clancy, el cual seria lanzado el 24 de mayo de 2024. Al sencillo principal le siguieron los sencillos "Next Semester" lanzado el 27 de marzo y "Backslide" lanzado el 25 de abril. (Odies Station es un temazo.)