17 мая 1880 года императором Александром II было утверждено положение Военного совета об устройстве в Туле патронного производства для нужд государства. Завод строился с привлечением частного капитала, а основным инвестором стал коллежский асессор Федор Григорьевич фон Гилленшмидт. На Тульский патронный завод были откомандированы специалисты с казенного Тульского оружейного завода, среди них помощник начальника завода полковник гвардейской пешей артиллерии К.С. Шекаразина и инженер-полковник В.И. Янушевскй, а также, с Петербургского патронного завода полковники А.А. Теннер и М.Д. Чернов. Первый контракт ТПЗ заключил в том же 1880 году с Главным артиллерийским управлением на поставку в течение 7 лет 210 млн. штук 10,67-мм (4,2–линейных) патронов для винтовки Бердана №2, уже в 1882 году мощности завода выходят на уровень годового выпуска до 30 млн. патронов. С 1892 года завод начал выпускать новые 7,62-мм патроны для 3-х линейной винтовки Мосина образца 1891 года.
В годы Первой мировой войны Тульский патронный завод поставлял Русской армии более 25% всех патронов.
28 июля 1918 года завод был объявлен собственностью РСФСР. Во время Гражданской войны Тульский патронный завод с августа 1918 года по 27 июня 1919 года изготовил почти 163 миллиона патронов из 204 миллионов, выпущенных в стране.
1 января 1919 года обсуждался вопрос о судьбе крупных самоварных фабрик наследников В.С. Баташева, бр. Баташевых, бр. Шемариных, Тейле (быв. Н. И. Баташев), принято решение их национализировать. 11 января 1919 года бывшие самоварные фабрики были переданы Тульскому патронному заводу. По заказу государства завод кроме патронов стал производить самовары, а также стал производить латунь для военных нужд.
В 1929 году началась реорганизация производства и постройка новых корпусов, была повышена техническая оснащённость предприятия и улучшена организация труда, уменьшены расстояния межоперационных перевозок, оптимизирована поточность производства боеприпасов, начало уделяться больше внимания экономии цветных металлов и механизации производства. С 1932 года впервые в стране в прокатном цехе Тульского патронного завода начался выпуск биметалла, что существенно удешевило валовые патроны. 14 сентября 1937 года произошло разделение Тульского патронного завода, на его базе было основано два предприятия. Патронное производство - «Завод № 38» с подчинением Наркомату вооружения СССР, которое занималось выпуском 7,62-мм патронов ШКАС, 7,62-мм патронов ТТ и 7,62-мм патронов Наган, в 1941 году Тульскому патронному заводу было присвоено имя С.М. Кирова. Самоварное производство получило название «Завод № 176» и отошло в подчинение Наркомата боеприпасов СССР, в 1962 году переименовано в завод «Штамп» имени Б.Л. Ванникова.
С началом Великой Отечественной войны ТПЗ принимал участие в обеспечении фронта боеприпасами, однако в октябре 1941 года Тульский патронный завод пришлось эвакуировать в Юрюзань (Челябинская область), а прокатное производство — в город Нытва (Пермская область). С разгромом немецких войск под Москвой после окончания обороны Тулы производство 7,62-мм патронов было возобновлено, и к концу 1942 года общий объём выпуска достиг 100 тысяч штук, а к концу 1943 года — 388 миллионов. При этом стоит отметить, что Юрюзанский механический завод выпускал патроны до 1986 года, код завода на патронных ящиках и коробках обозначался цифрой «38».
После войны Тульский патронный завод активно занимался освоением новых технологий, в 1949 году началось массовое производство патронов на автоматических роторных линиях, к 1953 году таких линий стало 6, к 1963 году — 160. Организуется комплексно-автоматизированное производство стальных гильз. В 1973 году одним из первых в отрасли был освоен выпуск 5,45-мм патронов для автомата АК-74.
С 1991 года было освоено производство боеприпасов для разнообразного охотничьего и спортивного оружия: 5,45х18 мм, 5,45х39 мм, 7,62х39 мм, 5,56х45 мм, 5,6х39 мм, 9х17 мм, 9х18 мм ПМ, 9х19 мм Парабеллум, .45 ACP, 12,3х22 мм, 12,5х35 мм, .40 S&W и 7,62х51 мм НАТО. С 2000 года вырос объём поставок на экспорт и внутренний рынок под торговыми марками WOLF и TulAmmo.