В 1803 году старосте Всехсвятской церкви купцу В. Курбатову была дана книга для сбора денег на построение колокольни. Средства собирались очень медленно. Возводить колокольню начали только в 1833 году, и за четверть века её не довели даже до половины. Затем строительство продолжилось ускоренными темпами и было завершено в 1863 году. Трехъярусная колокольня, увенчанная высоким шпилем, расположенная на одной из наивысших точек Тулы, была доминирующей вертикалью города. Она замыкает собой перспективы нескольких улиц, Пирогова, Тимирязева и других. Колокольня имеет высоту 82 метра.
Автором проекта колокольни был ученик знаменитого Карло Росси архитектор В. Ф. Федосеев. Между началом строительства церкви и колокольни прошло более полувека, но В. Ф. Федосееву удалось сохранить архитектурное единство Всехсвятского ансамбля путём творческого переосмысления форм здания церкви. Барочная сложность плана храма нашла отражение в непростом построении нижнего яруса звонницы. Ничего не несущие колонны нижнего яруса, портики со спаренными колоннами на углах на верхних ярусах перекликаются с аналогичными элементами здания храма.
Наибольшие вклады на строительство колокольни внесли известный благотворитель, потомственный почетный гражданин С. Т. Красноглазое и городской голова Н. Н. Добрынин. Н. Н. Добрынин заказал также крест на колокольню. Колокола бесплатно отлил хозяин единственного тогда в городе колокольного завода купец Н. И. Черников. Церковный староста купец Петр Прокофьевич Миронов оплатил изготовление самого большого тульского колокола весом в тысячу пудов или 16,38 тонн. Он появился на колокольне Всехсвятской церкви в 1889 году.
Колокольню украшают четыре фигуры ангелов, возвещающих Второе Пришествие Христа и Страшный суд. Они были изготовлены и установлены на средства церковного старосты купца Николая Григорьевича Пирожникова.
