Tölö kyrka invigdes 1864. Den ersatte Tölö medeltidskyrka som låg invid Sahlgrenska gravkoret. Kyrkan är byggd i nyklassicistisk stil. Den är helt symmetrisk och har inga utbyggnader. Tornet är 32 meter högt och kröns av en reslig lanternin i form av en lykta. Kyrkan har genomgått flera inre renoveringar, bland annat år 1923 då elbelysning och eluppvärmning installerades.
1996 flyttades sakristian och en invändig trappa byggdes till orgelläktaren. Kyrkan fick även sin nuvarande färgsättning. Under 2016 handikappanpassades kyrkan, bland annat genom en ramp upp till koret, el-öppning av dörrarna på sydsidan och nya toaletter. En ny sakristia inreddes på norrsidan. Under 2022 renoverades fönstren då dessa var i stort behov av detta. Se mer om detta längre ner.
