На месте посёлка Тоншалово когда-то располагалось скотоводческое подворье Череповецкого Воскресенского монастыря. В переписи 1710 года Белозерского уезда, к которому до придания статуса города Череповцу относилась территория на которой расположен посёлок, имеется упоминание об этом: "...В сельце Тоншилове двор скотей вновь построен на спорной земле, вне монастырской вотчины. Скотник Михайло Миронов 85 (лет), у него жена Марфа 35, дочь Настасья полутора года..." В 1804 году подворье было закрыто, а на его место были переселены 6 семей бывших монастырских крестьян, всего 36 человек. Новую деревню назвали Тоньшалово.
Название деревне дало расположенное рядом Тоншаловское болото. Болото это было раньше озером и в середине его ещё сохранялось небольшое озерцо с топкими берегами, образованными плавающим на воде мхом. В озере часто тонули люди и скот, из-за чего его прозвали «Тонь-Шалая».
В 1989 году посёлок Тоншалово получил статус посёлка городского типа. С 1 января 2005 года вновь преобразован в сельский населённый пункт.