Село Тулун возникло как придорожное поселение при строительстве Московского тракта. В 1734 году местные крестьяне получили благословенную грамоту от иркутского епископа Иннокентия Неруновича на строительство церкви. Строительство храма было завершено 30 декабря 1740 года, и в начале 1741 года он был освящен во имя Покрова Пресвятой Богородицы. Колокольня была пристроена позднее.
К середине XIX века Тулун стал достаточно крупным поселением. В 1844 году, благодаря усилиям прихожан, рядом с существующей Успенской церковью была построена новая Покровская церковь.
В начале XX века было принято решение о строительстве нового каменного храма. Проект был разработан епархиальным архитектором А.С. Покровским. Новый храм, построенный в 1913 году, стал памятником архитектуры начала XX века. Он расположен в историческом центре города Тулуна. На прилегающей к нему территории, площадью две десятины, располагались сам храм, два дома священника, церковно-приходская школа, богадельня, часовня, погост, большой яблоневый сад, две сторожки и трапезная.
Архитектура храма выполнена в стиле, сочетающем элементы провинциального классицизма с отзвуками барокко. Здание каменное, трехпридельное, в виде креста, с массивным восьмилотковым куполом, покоящимся на аттиковом восьмерике. Колокольня была построена одновременно с храмом. Сдержанное декоративное убранство включает дорические колонны и пилястры, широкий фриз с триглифами, горизонтальные сандрики наличников.
В советский период храм пережил сложные времена. В 1930-х годах, во время антирелигиозной кампании, храм был закрыт, а его здание использовалось под различные хозяйственные нужды. В годы Великой Отечественной войны богослужения возобновились, но ненадолго. Впоследствии здание храма использовалось как склад и подвергалось значительным разрушениям.