История завода началась задолго до Петра I. В 1595 году по указу царя Фёдора Ивановича в Тулу, по их просьбе, были переселены 30 семей кузнецов самопальщиков, которые уже умели делать огнестрельное оружие (самопалы), называвшиеся тогда самопальными мастерами. Для них на правом берегу р. Упы учредили кузнечную слободу и поставили оружейный двор, куда они сдавали изготовленное оружие и покупали необходимые материалы. Позднее, в 1632 году голландский купец Андреас Винниус основал близ Тулы железоделательный завод для изготовления ядер и пушек, а в 1652 году около Тулы был выстроен другой завод — для изготовления разного оружия. Всё это предопределило появление единого оружейного завода уже в 18-м веке, когда Россия вела много войн. В 1695 году русским кузнецом Никитой Демидовым был основан частный оружейный завод, который в 1712 году именным указом Петра I был преобразован в казённую оружейную фабрику, которая и стала основанием современного тульского оружейного завода. Фабрика начала работу в 1714 году.
Первоначально ТОЗ производил исключительно военное оружие для нужд Российской армии. Завод постепенно развивался и модернизировался, увеличивались объемы производства, совершенствовалась конструкция ружей. В 1835 году на заводе начала действовать паровая машина. По указу императора Александра II от 13 сентября 1875 года Тульскому оружейному заводу присвоено наименование — «Императорский Тульский оружейный завод Главного артиллерийского управления»
Тульский оружейный завод напрямую связан с гением русского оружейного дела – Сергеем Мосиным. С 1875 года, сразу после окончания с золотой медалью Михайловской артиллерийской академии, он начал работать на Тульском оружейном заводе. В 1880 году Мосин был назначен начальником инструментальной мастерской. А в 1891 году был утверждён образец винтовки, основу которой разработал Мосин. Массовое производство винтовки началось в 1893 году. В 1907 году на заводе было налажено производство пулемёта Максим. Кстати, при выпуске станкового пулемета системы «Максим» образца 1910 г., на ТОЗе разработали уникальную операцию - полную взаимозаменяемость деталей, подобного не было в те годы ни на одном в мире предприятии, выпускающем эту систему. 15 февраля 1912 года, к 200-летию Императорского Тульского казенного оружейного завода, был открыт памятник его основателю – Петру Великому.
С приходом советской власти завод был национализирован и переименован. В 1927 г. на заводе было создано Конструкторское бюро приборостроения, которое несколько позже было выделено из состава завода. Результатом работы бюро стало освоение таких образцов вооружения, как авиапулеметы ПВ-1, ШКАС. Работали на заводе и известные советские конструкторы оружия, такие как Токарев. В 1939 году Ф. В. Токаревым разработана СВТ-38 – снайперская винтовка, занимающая почетное место в одном ряду с лучшей самозарядной винтовкой второй мировой войны модели М1 «Гаранд». Так же, во время войны выпускался пистолет системы Токарева и Нагана.
В последние годы завод активно развивается. Был построен новый цех площадью 1080 кв. м. Продолжаются работы по техническому перевооружению подразделений. По линии Гособоронзаказа, предприятие выпускает два новых изделия: 9-мм автомат специальный модернизированный АСМ и 9-мм винтовка снайперская специальная модернизированная ВССМ. Освоен выпуск управляемых ракет «Конкурс-М» «Корнет» различных модификаций. Помимо военных заказов, продолжается выпуск охотничьего оружия.