Четырёхъярусная колокольня Успенского собора возводилась с 1772 по 1776 год под руководством городского головы Иллариона Лугинина. За строительство отвечали купцы Софрон Сиднев и Иван Гурьев, а проектировал её архитектор Праве. Металлический шпиль, выполненный Иосифом Жуковым по заказу городского общества, был позолочен в 1826 году. Колокольня стала одной из главных архитектурных доминант города, ориентиром для Киевской улицы, ныне проспекта Ленина. Её высота от земли до креста составляла 70,4 метра. На колокольне размещались 22 колокола и часы с боем. В январе 1792 года купеческий староста Андрей Лихвинцов заключил договор на изготовление часов с оружейником Иваном Кобылиным. В мае часы были готовы и установлены на средства тульского купеческого общества. Четыре циферблата были обращены на все стороны света, вместо цифр использовались буквы, а стрелка была только часовая. Часы били каждую четверть часа шестнадцать раз, а каждый час сопровождался трехминутной игрой курантов. Заводить их требовалось раз в неделю.

Позже часы заменили на более современные с двумя стрелками, но точная дата этого события неизвестна. В 1778 году в нижнем ярусе колокольни был устроен тёплый храм во имя Тихона Амафунтского, иконостас в котором появился в 1853 году благодаря церковному старосте Вуколу Кузовлеву. В южной части храма находился придельный алтарь во имя Иоанна Златоуста, в память о приделе, существовавшем в Успенском соборе до начала XIX века. Вечером 28 сентября 1936 года на верхних ярусах колокольни произошёл пожар. Из-за недостаточного напора воды в шлангах огонь не удалось потушить, и уцелели только нижние ярусы. Тульский горсовет обратился в московский комитет по охране памятников за разрешением на разборку оставшейся части колокольни, утверждая, что она угрожает транспортному движению из-за соседства с крупными заводами и учебными заведениями. Комитет отказал, а Академия архитектуры подтвердила возможность реставрации. Комитет считал, что разборка колокольни, единственного в своём роде памятника для Тулы, нежелательна. Однако, не получив разрешения, тульские власти самовольно разобрали колокольню к марту 1937 года.

В конце 1990-х годов в Туле был создан благотворительный фонд «Возрождение» для восстановления колокольни. Учредителями фонда стали «Центргаз», «Газстройдеталь», «Щекиноазот», «Ростелеком», Тульский оружейный завод, Косогорский металлургический завод и Управа Тулы. Президентом фонда был генеральный директор ОАО «Центргаз» В. В. Соколовский. В 1999 году, с июня до заморозков, на месте колокольни проводились археологические раскопки, финансируемые фондом. Фонд также оплатил разработку проекта восстановления, подготовленного реставратором Леонидом Потаповым. Реконструкция началась в 2012 году. 14 сентября 2013 года были освящены колокола строящейся колокольни, а 27 июня 2014 года на неё с помощью вертолёта установили шпиль. Высота восстановленной колокольни составила 71 метр. В 2015 году в день города состоялось торжественное открытие колокольни и всего восстановленного собора.