Localizată în California Centrală, Misiunea San Luis Obispo de Tolosa poartă numele Sfântului Louis, episcop de Toulouse, și a fost fondată a cincea în lanț la 1 septembrie 1772 de către părintele Junipero Serra. Misiunea a fost fondată la trei ani după ce părinții au descoperit pentru prima dată La Cañada de Los Osos – Valea Urșilor – în timpul unei călătorii eșuate din San Diego în căutarea orașului Monterey.
În 1772, pe măsură ce proviziile s-au redus la cele patru misiuni deja înființate din California, rezidenții au fost afectați de lipsa de hrană. Amintindu-și de Valea Urșilor, o expediție de vânătoare a fost trimisă în vara anului 1772 pentru a aduce carne. Indienii locali au fost recunoscători soldaților pentru că au ucis urșii, un dușman de temut. O parte din carne a fost schimbată cu localnicii în schimbul semințelor comestibile, după care părintele Serra a decis că La Cañada de Los Osos ar fi un loc ideal pentru cea de-a cincea misiune. Deși orașul San Luis Obispo nu a rămas un ținut aspru al urșilor, o statuie a unui urs grizzly stă ca amintire în piața misiunii.
În 1776, la patru ani de la fondarea acesteia, un indian a tras o săgeată în flăcări pe acoperișul uneia dintre clădirile misiunii, declanșând un incendiu dezastruos care a avariat grav mai multe clădiri. După acest incident, părinții au început să lucreze la fabricarea locală a țiglelor pentru acoperișuri, pentru a reduce susceptibilitatea la foc.
Pe măsură ce orașul s-a modernizat, la fel s-a întâmplat și cu misiunea. Ceea ce a fost cândva bucătăria de supă a părinților este acum acest centru de tineret. Misiunea San Luis Obispo este una dintre singurele misiuni care nu a fost niciodată nevoită să se mute; încă se află pe locul său original.
Murdurile misiunii, care au o înălțime de 15 până la 60 de metri, au fost construite în conformitate cu legea Vaticanului. Această lege prevedea că bisericile trebuiau să fie construite la fel de înalte ca arborele local – în acest caz, pinul. Biserica, cu o naos secundar lung, formează o biserică în formă de L, singura de acest fel dintre misiunile californiene.
Părintele Luis Antonio Martinez, care a condus misiunea timp de 34 de ani, a cultivat o mare podgorie a misiunii. El a vândut o parte din acest vin celorlalte misiuni atunci când acestea nu puteau să-și cultive propriul vin și, de asemenea, l-a exportat până în Anglia și Rusia.
.