Församling med medeltida ursprung under namnet Tuna församling. Namnändrades senast i mitten av 1700-talet till dagens namn.

Orten Borlänge bröts ut 1898 och bildade Borlänge köping, och församlingen var från 1929 till 1944 uppdelad i två kyrkobokföringsdistrikt - Stora Tuna kbfd och Borlänge och Domnarvets kbfd, men vissa församlingsböcker blev redan fr.o.m. 1899 överförda till Borlänge kyrkobokföringsdistrikts arkiv.
1944 ombildades köpingen tillsammans med Domnarvets landskommun till Borlänge stad.

1999 överfördes Borlänge stad till Stora Tuna församling igen, och dagens Stora Tuna distrikt motsvarar hela området.