В 1803 году купцу В. Курбатову, старосте Всехсвятской церкви, была передана книга для сбора средств на строительство колокольни. Однако деньги поступали медленно, и строительство началось лишь в 1833 году. За 25 лет колокольню не удалось достроить даже наполовину. Позже работы ускорились, и в 1863 году строительство завершилось. Трехъярусная колокольня с высоким шпилем, расположенная на одной из самых высоких точек Тулы, стала доминирующим элементом городского пейзажа, замыкая перспективы улиц Пирогова, Тимирязева и других. Её высота составляет 82 метра.

Проект колокольни разработал архитектор В. Ф. Федосеев, ученик знаменитого Карло Росси. Хотя между началом строительства церкви и колокольни прошло более 50 лет, Федосеев сумел сохранить архитектурное единство Всехсвятского ансамбля, творчески переосмыслив формы церкви. Барочная сложность плана храма отразилась в сложной конструкции нижнего яруса звонницы. Колонны нижнего яруса и портики со спаренными колоннами на углах верхних ярусов перекликаются с элементами храма.

Наибольшие вклады в строительство колокольни сделали благотворитель и почетный гражданин С. Т. Красноглазое и городской голова Н. Н. Добрынин, который также заказал крест для колокольни. Колокола бесплатно отлил купец Н. И. Черников, владелец единственного в городе колокольного завода. Церковный староста купец Петр Прокофьевич Миронов оплатил изготовление самого большого тульского колокола весом в тысячу пудов (16,38 тонн), который появился на колокольне в 1889 году.

Колокольню украшают четыре фигуры ангелов, возвещающих Второе Пришествие Христа и Страшный суд, изготовленные и установленные на средства церковного старосты купца Николая Григорьевича Пирожникова.