วัดทองทั่วเป็นวัดเก่าแก่ไม่มีหลักฐานชัดเจนถึงปี พ.ศ. ที่สร้าง เมื่อประมวลหลักฐานและพิจารณาจากสภาพแวดล้อมทั่วไป วัดทองทั่วอาจสร้างในยุคที่เมืองจันทบุรียังตั้งอยู่ในแถบนี้โดยเจ้าผู้ครองนครองค์ใดองค์หนึ่ง และสร้างต่อๆ กันมา อุโบสถหลังเก่านี้น่าจะสร้างในสมัยรัชกาลที่ 4 แห่งกรุงรัตนโกสินทร์ สังเกตได้จากลายปูนปั้นประดับเป็นซุ้มโค้งเหนือกรอบประตูและหน้าต่าง ซึ่งเป็นที่นิยมกันมากในสมัยดังกล่าว ภายหลังที่ได้สร้างอุโบสถหลังใหม่แล้ว อุโบสถหลังเก่านี้ได้ใช้เป็นที่เก็บโบราณวัตถุ เช่นทับหลังลวดลายต่างๆ ศิลปะขอมยุคถาลาบริวัตและไพรกเมงที่นำมาจากเมืองเพนียด