Cafodd diffoddwyr eu galw i Ysbyty Meddwl Dinbych, sydd ychydig y tu allan i'r dref, am tua 16:30.
Cafodd pedwar cerbyd eu gyrru i'r safle, yn ogystal ag uwch swyddog i reoli'r sefyllfa.
Cafodd tân ei gynnau'n fwriadol yn yr adeilad ym mis Rhagfyr.
Fe wnaeth Cyngor Sir Ddinbych sicrhau gorchymyn pryniant gorfodol wedi achos llys y llynedd, wedi blynyddoedd o bryderu am gyflwr yr adeilad rhestredig.
Cadarnhaodd Gwasanaeth Tân ac Achub Gogledd Cymru yn hwyr nos Lun bod y tân wedi ei ddiffodd, ond bydd swyddogion yn parhau ar y safle am rhai oriau.
Mae'r gwasanaethau brys wedi bod yn ymateb i dân mawr ar safle hen ysbyty meddwl yn Sir Ddinbych nos Fawrth.