На открытом в 1771 году кладбище, была построена в 1773 году деревянная церковь, которая в 1776 году была заменена каменным храмом во имя Второго Пришествия с приделами во имя Лазарева Воскрешения (в левой стороне) и в честь Всех Святых (правый придел). В 1825 г. было закончено построение величественной трёхъярусной колокольни, увенчанной высоким шпилем (высота колокольни до креста 82 м). Несмотря на то, что между началом строительства обоих объектов — церкви и колокольни — прошло более полустолетия, архитектору-проектировщику Василию Федосеевичу Федосееву, как талантливому зодчему, удалось сохранить архитектурное единство Всехсвятского ансамбля: характерные портики со спаренными колоннами на углах храма построены зодчим в обоих верхних ярусах колокольни. В 1867 году на углах первого яруса колокольни установлены фигуры трубящих ангелов.
По своему стилю храм относится к раннему русскому классицизму второй половины XVIII столетия. Влияние эпохи барокко сказалось в усложнённости церковного плана, в богатой пластике фасадов, в типично барочных, ничего не несущих колоннах в углах здания, в сложной креповке карнизов. Постройка церкви была начата через год после окончания сооружения здания Академии художеств в Петербурге, и на архитектурных формах Всехсвятской церкви сказалось явное влияние выдающегося творения А. Ф. Кокоринова и Ж. Б. М. Валлен-Деламота. На основании сходства с тульской церковью Рождества Богородицы предполагается, что автором нового завершения храма бал тульский архитектор К. С. Сокольников. В нижнем храме Второго Пришествия местные иконы были писаны «аттестованным иконописцем и тульским оружейником» Григорием Ивановичем Белоусовым.
В 1901 г. Тульская городская дума постановила соорудить на Всехсвятском кладбище храм-усыпальницу во имя Макария Жабынского. К храму предполагалось пристроить два изолированных помещения: для умерших от заразных болезней и для хранения трупов продолжительное время.
26 июля 1902 г. состоялась закладка храма-усыпальницы и всесословной богадельни на юго-восточной стороне Всехсвятского кладбища. Построены эти здания не были, но до сих пор сохранился котлован на том месте, где планировалось строительство.
Из современных кафедральных соборов тульский Всехсвятский является одним из величественнейших произведений искусства, его внутренняя композиция производит незабываемое впечатление торжеством и нарядностью интерьера. Построенный на возвышенной местности, он виден со всех точек города, доминирует на общем фоне, и своей стройной колокольней прекрасно вписывается в общую панораму Тулы.
Стены нижнего, а затем и верхнего храма были в 1955—1960 гг. расписаны картинами на библейские темы московскими художниками П. А. Гладковым и В. М. Голубевым. Художники для стенописи брали лучшие образцы известных мастеров кисти, все сюжеты и орнаменты выполнены на высоком уровне.
Из книги Р. Р. Лозинского «Страницы минувшего»