Изначально Всехсвятский храм был всего лишь маленькой деревянной церквушкой на погосте, в которой отпевали умерших и проводили молебны по усопшим. Но после того как деревянную постройку в 1776 году заменило здание из камня, Всехсвятский собор стал одной из главных христианских святынь в Туле.
Церковь построена в стиле, который специалисты называют переходным от барокко к раннему русскому классицизму. У здания большие оконные проемы, которые придают ему скорее гражданский, нежели религиозный вид. Трехъярусную, увенчанную тонким шпилем колокольню, высотой в 82 метра, достроили столетием позже.
Даже в наши дни светлую и нарядную колокольню храма видно практически с любой точки города над Упой. Это связано, во-первых, с удачным месторасположением святыни (она построена на возвышении); во-вторых с тем, что поблизости нет других высоких построек – вокруг храма только могильные плиты и старинные могилы.
Местные жители и паломники из других городов чтят Всехсвятский кафедральный собор не за изящество и архитектурные изыски, а за икону Казанской Богоматери, перемещенную сюда из разрушенной большевиками Казанской церкви. Еще одной местной достопримечательностью является образ Николая Чудотворца из той же церкви.
