Тальменка основана в 1721 году. В середине XIX века это было село Тальменское Тальменской волости Барнаульского уездаТомской губернии. В селе была Михаило-Архангельская церковь.
Из описания села Тальменского по состоянию на 1885 год:
Расстояние 70 вёрст от Барнаула. Население: 115 дворов. Стоит на речке Тальменке, есть почтовая станция. Через село проходят почтовая, караванная дорога и скотопрогонный тракт[3].
Из описания села Тальменского по состоянию на 1904 год:
Расстояние 325 вёрст от Томска, 61 вёрст от уездного города (Барнаула), 24.75 вёрст до ближайшего почтового учреждения. Население: 209 дворов; проживает 566 мужчин, 569 женщин; земли распределено 1521 десятин. Стоит на речке Тальменке. Церковь. Казенная винная лавка. Сельское училище. Почтовая станция. Сельская больница. Волостное правление. Хлебозапасный магазин.
2 мануфактурных и 3 мелочных лавки. Две ярмарки: 1-я Ивановская (24 мая), 2-я Иоанно-Златоустовская (13 ноября). Два еженедельных базара по пятницам и субботам и три мукомольных водяных мельницы[4].
Тальменка — один из крупнейших посёлков городского типа в России. В 2010 году Тальменка по численности населения находился на 22-м месте из 1291 посёлка в России и крупнейший в Алтайском крае[24].
В Тальменке расположена железнодорожная станция «Усть-Тальменская» на линии Инская — Среднесибирская, открытая в 1915 году[25], здание вокзала в 1994 году было признано памятником градостроительства и архитектуры регионального значения[26].