Keskajast pärinevat Tuhala mõisat (saksa k Toal) on esmamainitud 1468. aastal. Tuhalat on sajandite jooksul läbinud tähtis Tallinn-Tartu talitee, mille jõeületuskohana mõis arvatavasti tekkiski. Seepärast oli mõis tõenäoliselt juba keskajal kivihoonestusega.

16. sajandil kuulus Tuhala mõis von Delwigitele, 17. sajandil aga von Ullrichidele ja von Wrangellitele. 1693. aastal siirdus mõis von Mellinite suguvõsa kätte. 1800. aasta paiku, mil mõisa omanikuks oli kuulus kartograaf ja Liivimaa esimese atlase autor Ludwig August Graf Mellin (1754-1835), ehitati mõis esimest korda esinduslikumalt välja.

Mõisa kerkis tollal kahekorruseline pikk varaklassitsistlik hoone, mis paiknes esiväljaku poole erandlikult otsaga. Rajati ka stiilsed varaklassitsistlikud kõrvalhooned — ait, tall-tõllakuur, valitsejamaja, laudad jne. Need paiknesid peahoone suhtes nurgi, kuid sümmeetriliselt, moodustades suurejoonelise kompleksi. Ühel pool auringi asusid töölistemaja ja ait, teisel pool aga valitsejamaja ja tall-tõllakuur. Peahoone vastas, teisel pool auringi asusid kaks sisehooviga karjakompleksi, mis paiknesid ka peahoone suhtes sümmeetriliselt. Paljudele nimetatud kõrvalhoonetele oli iseloomulik viilu servade kaunistamine ümaravadega.

1863. aastast kuni võõrandamiseni 1919 kuulus mõis von Lilienfeldtide aadliperekonnale. 1881. aastal lasi mõisa tollane omanik Paul von Lilienfeldt-Toal ehitada mõisahoone ümber väga suurejoonelises historitsistlikus stiilis, lisades klassitsismile neoklassitsismi. Hoone ots ja küljed varustati esinduslike portikustega ning katuseäär balustraadiga, tagaküljele lisati hulknurkne juurdeehitus.

Mõisa peahoone vastu teisele poole auringi, kahe karjakompleksi vahele püstitati tollal suurejooneline historitsistlik kasvuhoone koos kõrge kellatorniga (hävinud). Suurejoonilisi ehitustöid lubas omanikul Paul von Lilienfeldt-Toalil teha riigiteenistus - ta oli nii Peterburi asekuberner kui ka sotsioloogia kui teadusharu üks rajajaid Tsaari-Venemaal.

Esinduslik mõisahoone põletati 1905. aastal. Põlemisjärgselt hädapäraselt taastatud (katustatud) hoone ei leidnud 1920-30tel aastatel korralikku kasutust ning ta lammutati 1930tel aastatel ehitusmaterjaliks, müües kivid Tallinna Pärnu maanteel käiva Urla maja ehitusele. Varemetena on säilinud hoone tagumisi müüriosi, fassaadipoolsest otsast on alles vaid vundament. Mõisaparki on püstitatud Ludwig August von Mellini mälestuskivi.

Mõisa kõrvalhoonetest on enam-vähem algkujul alles vaid varaklassitsistlik laudakompleks ja 19. sajandi lõpuosast pärinev maakividest kuivati. Hulk hooneid on tundmatuseni ümber ehitatud (valitsejamaja, töölistemaja) või varemeis (ait, sepikoda). Mõisasüda kui tervik on mitmesse eravaldusse tükeldatuna, vahetaradega varustatuna ning mitmeid hooneid kaotanuna oma suursuguse sümmeetria praktiliselt minetanud.

Mõisast 3 kilomeetrit lõunas, kiriku läheduses paikneb Tuhala surnuaed, mille üks müüriga eraldatud osa on mõisaomanike perekonnakalmistu koos mõisaomanike matusekabeliga (varemeis). Ligi kilomeeter surnuaiast ja kabelist kirdes asub Tuhala Nõiakaev, mis suurvee ajal üle keeb. Tuhala piirkond paikneb nimelt looduslikul karstialal ning jõgi voolab ülalpool mõisat ligi pooleteise kilomeetri ulatuses maa all.

Ajaloolise jaotuse järgi Harjumaale Kose kihelkonda kuulunud mõis jääb kaasajal Harjumaale Kose valla territooriumile.