土庫順天宮創建於道光14年（1834），時間約略在土庫街成市後不久。在廟宇創建之前，土庫街剛於道光12年閏9月經歷張丙事件，傳聞曾被張丙的同夥陳辦、陳連兩人占據，一直到該年12月才被官府平定。依「雲林縣采訪冊」記載，順天宮是由當地仕紳吳克己、陳必湖等人倡建，其時機可能為在一次重大民變之後，殆有安定人心、施行教化之意。土庫順天宮的的修建過程，與臺灣當時許多廟宇一樣，係隨著市街村莊發展、地方人民財富累積，而逐一完成廟宇的構建。順天宮自建廟的起始年起，共經歷18年。先進行塑像，並佈置神案、香爐，再逐次擴建殿宇，咸豐2年（1852）才告完竣。今日正殿神龕上仍懸掛落款咸豐貳年桐月（農曆3月媽祖生）穀旦、閤境眾弟子仝的「至哉坤元」匾，該木匾應為第一階段建廟工程完成之具體象徵。

順天宮在近百年歷經風吹雨打以及地震水患之後，廟體逐漸毀損，遂有再修之議。當時日人條崎喜代吉為土庫街長，因信奉媽祖，因此聯合土庫仕紳林永振、陳榮士、顏丁全、陳清泉、林昭頂、陳台炬、林進等人倡議集資重修，修繕從昭和10年（1935）啟動，至昭和13年竣工，而成今日大致的廟貌。