בתחילת המאה העשרים חיו בטולצ'ין כ-16,000 יהודים. בפוגרומים שעשו בעיר בימי מלחמת האזרחים ברוסיה (1920-1918) רצחו כנופיות אוקראיניות יותר ממאתיים יהודים. בתקופה הסובייטית הוקמו בעיר בית משפט יהודי, "מועצה יהודית ממלכתית" ובית ספר יהודי, ושלושתם התנהלו ביידיש. יהודים רבים עסקו במלאכה ובמסחר (עד חיסול המסחר הפרטי בתחילת שנות השלושים), רבים שימשו פועלים בבית חרושת לסוכר ובמפעלים אחרים, והיו גם אחדים שעבדו בחקלאות. בעקבות המלחמה והפוגרומים ובשל תהליכי העיור והתיעוש בקרב יהודי ברית-המועצות, בשנות העשרים והשלושים עזבו את טולצ'ין רבים מתושביה היהודים וב-1939 ישבו בה כ-5,500 יהודים.
הגרמנים כבשו את טולצ'ין ב-23 ביולי 1941. יהודים רבים ניסו להימלט לפנים ברית-המועצות, אך רבים מהם איחרו את המועד ונאלצו לשוב לעירם. בראשית ספטמבר 1941 הועברה טולצ'ין לשלטון הרומנים ונכללה בטרנסניסטריה.
ב-1 אוקטובר 1941 (יום הכיפורים תש"ב) רוכזו היהודים בגטו שהוקם בשכונת עוני בעיר. הוקם ועד בראשותם של זבקריצקי (Zabakritski), ויטנר (Vitner) וּוֶשלר (Veshler) והוקם שירות סדר יהודי. השלטונות הרומניים ציוו על היהודים לשאת על הבגד טלאי בצורת עיגול שחור ועליו מגן דוד צהוב.
ב-13 בדצמבר 1941 הועברו כ-3,000 מיהודי טולצ'ין למחנה הריכוז בפצ'ורה (Pechora), ורבים נספו שם. בטולצ'ין הושארו 118 בעלי מקצוע נדרשים. בסוף דצמבר 1942 צורפו ליהודי טולצ'ין כ-230 יהודים מגורשים מבוקובינה, מגורשים אחרים מרומניה שהתגוררו עד אז בכפרים בסביבה ויהודים אוקראינים מימפול (Yampol). במרס 1943 הגיע מספר תושבי הגטו ל-500.
בתחילת 1943 שלח ועד העזרה בבוקרשט לטולצ'ין בגדים, מזון ותרופות. הסיוע אִפשר לוועד היהודי המקומי לארגן בית תמחוי לנצרכים ולהפעיל כמה בתי מלאכה. באישור השלטונות ארגן ועד הגטו גם בית ספר, ולמדו בו כ-90 ילדים. באפריל 1943 חודשו הגירושים מהגטו לעבודת כפייה ולמחנות של הגרמנים. כל המגורשים נרצחו עד דצמבר 1943.
בסוף ינואר 1944 כיתרה יחידת משטרה גרמנית את גטו טולצ'ין בכוונה לחסלו, אך התנגדותו של מפקד הז'נדרמריה הרומנית פטקאו (Fetecău) הצילה את שרידי היהודים בגטו.
טולצ'ין שוחררה ב-15 במרס 1944.
