Одновременно с собором начали строить и колокольню. Располагалась она к юго-востоку от Софии. Оба сооружения возводили присланные из Москвы каменных дел подмастерья Герасим Шарыпин и Гаврила Тютин с двумя помощниками и артелью каменщиков. Первое здание колокольни простояло 110 лет и обрушилось от тяжести висевших на ней колоколов. Второе здание рухнуло в 1792 году, а третье закончено в 1797 году по проекту архитектора Ф. Уткина. На колокольне собора находилось 15 колоколов, в том числе и самый большой колокол Сибири весом 1011 пудов и 22 фунта (16.124 кг 800 грамм). Кроме чистой меди в колокол было добавлено большое количество серебра, что придавало его звучанию "серебряный" тембр. Четыре колокола поменьше были дарованы в Тобольск царями Алексеем, Федором, Иваном и Петром. Здесь же на колокольне находился и ссыльный Углический колокол.

Соборная колокольня — одно из самых высоких и величественных архитектурных сооружений Тобольска. Строительство ее велось в период с 1791 по 1797 год. Высота сооружения составляет 75 метров. Архитектурный стиль колокольни чаще всего относят к классицизму. Она отличалась редким подбором колоколов. На первом ярусе находился самый мощный колокол, изготовленныйв 1738 году на Тагильском заводе. Вес этого колокола составлял более тысячи пудов. За свой зычный голос он был прозван сибирским царь-колоколом. Часть других колоколов была отлита в XVII веке московскими мастерами. Некоторые колокола были присланы в Тобольск царями Алексеем Михайловичем, Федором Иоанновичем и Петром Александровичем. Здесь женаходился и сосланный в Тобольск Углический колокол.