HM Revenue & Customs sade anläggningen, i utkanten av stadens centrum, kunde ha kostat skattebetalarna nästan 138 miljoner pund om året i förlorad skatt och skatter.
Fyra lastbilslaster med tobak, cigaretter och förpackningsmaterial har beslagtagits.
Tio män, mellan 26 och 40 år från Brasilien och Paraguay, fängslades på grund av misstanke om invandringsbrott.
Läs mer nyheter för Birmingham och det svarta landet
Tulltjänstemän sade att byggnaden var utrustad med maskiner som kunde producera och paketera cigaretter i industriell skala.
Räden ägde rum under flera dagar förra veckan men detaljer har just släppts.
Ett antal män fängslades av invandringspoliser.
Man sökte också igenom en bostad i närheten.
Stuart Taylor, HMRC: s bedrägeri undersökning Service biträdande direktör, sade: "Tobako bedrägeri kostar Storbritannien 2,4 miljarder pund per år i förlorad skatt, pengar som bör finansiera viktiga offentliga tjänster i Storbritannien."
Sajeela Naseer, Birminghams stadsfullmäktiges chef för handelsnormerna, sade att undersökningen av de cigaretter som återvunnits fortsatte.
En misstänkt fabrik för olaglig cigaretttillverkning i Birmingham, som anses kunna producera 35 miljoner i månaden, har lagts ned.