Архитектурный ансамбль Всехсвятского кафедрального собора по праву может считаться одной из «визитных карточек» Тулы. Из многих мест города открывается красивейший вид на храм и его стройную колокольню, расположенные на высоком холме и утопающие в зелени вековых деревьев кладбища.
Всехсвятская церковь (встречается написание «Всесвятская») строилась в качестве кладбищенской и вначале была деревянной. Сразу же после её построения, в марте 1773 года по прошению жителей Тулы дана была благословенная грамота на возведение каменной церкви, которая была построена и освящена в 1776 году. Иконы местного ряда для нее написаны «аттестованным иконописцем», тульским оружейником Г.И. Белоусовым, а прочие – другими мастерами.
В 1788 году душеприказчики тульского купца Никифора Трофимовича Девяткина просили дозволения построить на посадском кладбище «верхнюю церковь» (т. е. второй этаж) во имя Преображения Господня на завещанные им для этого деньги. Вчерне второй этаж отстроили за два года, но тут произошло несчастье, угрожавшее опасностью всему зданию: 8 августа 1790 года после завершения литургии, которую служили в нижней церкви, обрушился один из пяти куполов, увенчивающих церковь, проломил своды и верхнего, и нижнего храма. При этом погибли три человека.
Строительство верхнего храма завершили 1797 году, а освятили его только в 1825-м. В краеведческой литературе встречается предположение, что проект нового, облегченного и недоразвитого, пятиглавия Всехсвятской церкви разработал тульский архитектор К.С. Сокольников.
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 ее 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 др.). Колокольня имеет высоту 82 метра (в краеведческой литературе встречается цифра 77 метров).
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 путем творческого переосмысления форм здания церкви.
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.
А церковный староста купец Петр Прокофьевич Миронов оплатил изготовление самого большого тульского колокола весом в тысячу пудов - 16,38 тонн. Он появился на колокольне Всехсвятской церкви в 1889 году.
В 1863 году в правой стороне верхней церкви был освящен престол во имя Воскресения Христова.
