Строительство собора началось 7 мая 1762 года по благословению епископа Коломенского и Каширского Порфирия, на средства тульского купечества «из питейных сборов приборными деньгами». На постройку собора и его отделку было израсходовано около 30 тысяч рублей. Главным строителем храма был купец Лукьян Коптельцев с Софроном Сидневым и Андреем Володимировым. Здание возвели за два года к 8 мая 1764 года.