เดิมชื่อ วัดเพียประสาท บริเวณที่ตั้งวัดเคยเป็นด่านขนอนเก็บภาษีอากรในสมัยกรุงศรีอยุธยา มีเรื่องเล่าต่อกันมาว่ามีเรือสำเภาใช้ในการขนส่งสินค้าเกิดอับปาง ทำให้เรือพร้อมเสากระโดงจมลง จนมาติดที่หน้าวัด ชาวบ้านช่วยกันเก็บขึ้นมาไว้ที่วัด ชาวบ้านในบริเวณนี้เป็นชาวมอญซึ่งอพยพมาเมื่อครั้งสมัยกรุงศรีอยุธยา ในสมเด็จพระนเรศวรมหาราช ทรงกู้เอกราช เรียกชุมชนนี้ว่า ชุมชนเสากระโดง อย่างไรก็ดีสำนักงานพระพุทธศาสนาแห่งชาติระบุว่าตั้งวัดเมื่อ พ.ศ. 2328 ได้รับพระราชทานวิสุงคามสีมาเมื่อวันที่ 13 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2491

มีหลักฐานว่าวัดทองบ่อสร้างขึ้นในสมัยกรุงศรีอยุธยาตอนปลาย มีเจดีย์ย่อมุมไม้สิบสอง ศิลปะอยุธยา ภายในบรรจุพระบรมสารีริกธาตุ วัดแห่งนี้มี หลวงพ่อโต เป็นพระประธานในอุโบสถ นอกจากนั้นวัดยังมีพิพิธภัณฑ์พื้นบ้าน และเป็นศูนย์ศึกษาของชาวมอญ อยู่ในศาลาการเปรียญของวัด ได้รวบรวมของมีค่า เช่น เสากระโดงเรือไม้ตะเคียน เรือชนิดต่าง ๆ มีการจัดแสดงพระพุทธรูปศิลปะมอญอันงดงาม พระพุทธรูปหยก อายุถึง 2,000 ปี ภาพวาดกษัตริย์มอญ และคัมภีร์งาช้างจารอักขระภาษามอญโบราณ เป็นต้น (ปัจจุบันสูญหายไปแล้ว)

วัดยังมีประเพณีชาวมอญ เช่นการประเพณีสงกรานต์ชาวรามัญเป็นประจำ มีประเพณีตักบาตรน้ำผึ้ง การเล่นสะบ้า และอื่นๆ

อดีตเจ้าอาวาสวัดทองบ่อรูปหนึ่งท่านได้ส่งพระมาเรียนบาลีที่วัดโสมนัสวิหาร แต่ว่าพระที่ส่งไปกับสอบไม่ผ่านเสียที ท่านจึงตัดสินใจมาเรียนเองทั้งที่เป็นพระครูชั้นผู้ใหญ่แล้ว มีวันหนึ่งท่านถูกค่อนขอดว่ามาเรียนตอนอายุเยอะแบบนี้แล้วกว่าจะสอบได้สากกะเบือคงออกดอกพอดี จวบจนเมื่อท่านสอบได้แล้วท่านจึงเอาสากกะเบือมาตั้งไว้และนำดอกไม้มาเสียบจนทั่ว ตั้งไว้หน้ากุฎิที่พักของท่าน และป่าวประกาศว่าสากกะเบือออกดอกแล้ว