Церковь во имя святых мучеников Флора и Лавра была известна ещё в начале XVII века. Тогда она была деревянной, с приделом святых бессребреников Косьмы и Дамиана. Храм стоял в слободе, носившей его же имя, Флоровской. Это одна из древнейших тульских слобод, находившаяся за Никольскими воротами Земляного города. Никольские ворота располагались примерно там, где сегодня улица Металлистов выходит на улицу Советскую. К 1710 году здание церкви с главным престолом было уже каменным; в 1748 году при ней с правой стороны на средства прихожан устроили каменный придел Косьмы и Дамиана. Приблизительно в то же время появился придел с левой стороны во имя иконы Божией Матери «Знамение». К началу 1770-х годов настоящая церковь пришла в ветхость и было решено построить новое здание церкви во имя Боголюбской Пресвятой Богородицы, с приделами по правую сторону святых мучеников Флора и Лавра, по левую святых бессребреников Косьмы и Дамиана. Вначале построили и в 1779 году освятили приделы. Главный престол с иконостасом обустроили к 1796 году. С этого времени церковь во всех актах стала именоваться Боголюбской. В народе же до наших дней удержалось её прежнее название, Флора и Лавра. Для времени возведения церкви было характерно смешение двух архитектурных стилей, затухающего барокко и идущего ему на смену классицизма. Строительство церкви было начато с возведения трапезной. Элементы её декора, закругленные рустованные углы, мансардная крыша, эллиптическая форма окон, декоративные наличники и т. п., взяты ещё из арсенала декоративных форм барокко. Но в здании самой церкви появляются уже такие типичные для классицизма формы, как довольно строгие колонные портики на обоих боковых фасадах, круглый в плане гладкий барабан над световым фонарем и т. п. Однако и здесь мы встречаем ещё типичные барочные детали, граненый купол, сложная форма люкарн, окон в куполе, закругленные углы основного объёма, ничего не несущие колонны в местах примыкания апсиды к церкви. Квадратный в плане световой фонарь, вместо круглого барабана, представляет собою дань стилю барокко. Очень интересно и необычно конструктивное решение церкви, её внутреннее пространство не имеет несущих колонн, и вся нагрузка от высокой надстройки передана непосредственно на открылки свода. И. Ф. Афремов в своей работе «Тульский оружейный завод» приводит имя архитектора, спроектировавшего основной объём храма, это К.С Сокольников. По мнению P.P. Лозинского, К. С. Сокольников принимал участие в построении колокольни, а не храма. До начала XIX века при церкви оставалась старая колокольня, крытая зелёной черепицей, с железным крестом. В 1806 году прихожане подали прошение о строительстве новой колокольни. Она была возведена к 1830 году. В 1834 году был приобретен самый большой её колокол весом в 519 пудов, средства на это пожертвовал купец Поддельщиков.
Главной святыней церкви была Боголюбская икона Божией Матери, прославившаяся чудотворениями как во время эпидемии чумы в 1771 году, так и во время эпидемических болезней в XIX веке. Напуганные приближением холеры в 1892 и 1893 годах, туляки решили устроить на этой иконе, вместо бывшей серебряной, золотую ризу. Эта риза, с бриллиантовыми розами в венце, была изготовлена в 1894 году и обошлась более чем в 7000 рублей. В храме имелся старинный ореховый, с резными священными изображениями шкаф для хранения книг и разной утвари. По преданию, он был вывезен купцами Лугиниными из Голландии и потом передан по их завещанию в церковь. Святые мученики Флор и Лавр в России считались покровителями коневодства, поэтому в день их памяти к храму съезжался народ освящать коней. Церковноприходская школа открылась при храме в 1894 году.
В справочной книге «Вся Тула и Тульская губерния», изданной в 1925 году, в списке «Тульские здания, как исторические памятники», церковь Флора и Лавра относится к стилю петербургского барокко. В феврале 1929 года Тульский губисполком принял решение снести церковь Флора и Лавра. От сноса её, видимо, спасла характеристика, данная Главнаукой Народного комиссариата просвещения. Это ведомство представило заключение о том, что церковь является памятником архитектуры XVIII века. В 1930-х годах храм был закрыт и передан оружейному заводу. Первоначально в нём разместилась заводская столовая, затем склады, техническая испытательная станция. В 1956 году здание арендовалось «Культремснабом» областного управления культуры под склад. К началу 1970-х годов церковь находилась в запущенном состоянии, стояла с выбитыми окнами, купол её был лишён кровли. В середине 1970-х проведена консервация здания бывшего храма, ремонт кровли, фундамента и фасадов. В 1991 году церковь Флора и Лавра поставлена на госохрану в качестве памятника истории и культуры регионального значения.
Храм был возвращен Тульской епархии в 1990 году. Храм достался верующим с уничтоженными системами отопления и освещения, с выломанными оконными рамами. Во время нахождения в здании церкви технической станции пол был забетонирован по самые окна. Пришлось отбойными молотками разбивать бетон и выносить его куски вручную. К декабрю 1991 года в храме было проведено отопление, выполнены кровельные и отделочные работы, заново выстроена паперть. Сегодня при храме действуют библиотека и воскресная школа.
