Первоначальный каменный храм на этом месте был построен в конце XIV века по указу великого князя Василия I Дмитриевича. Этот одноглавый бесстолпный храм служил домовой церковью великокняжеской семьи и был выполнен из белокаменных блоков. В 1405 году храм был украшен фресками работы известных иконописцев Феофана Грека, Андрея Рублёва и Прохора с Городца.
В 1416 году здание было разобрано и заменено новым, четырёхстолпным трёхапсидным храмом, который стал трёхглавым. Этот храм просуществовал до 1484 года, когда по указу великого князя Ивана III Васильевича началось строительство нового собора. Работы велись псковскими мастерами Кривцовым и Мышкиным и завершились в 1489 году освящением храма митрополитом Геронтием.
Новый собор был выстроен из кирпича и окружён крытыми галереями — папертями. В архитектуре сочетались элементы псковской, владимиро-суздальской и московской школ зодчества. Изначально храм имел три главы, однако в середине XVI века, при Иване IV Грозном, были добавлены ещё шесть куполов, и собор стал девятиглавым. Кровли покрыли золочёной медью, что придало собору название «златоверхий».
Внутреннее убранство собора богато фресками и иконами. В 1508 году по указу Василия III роспись выполнили Феодосий, сын Дионисия, и Фёдор Едикеев. После пожара 1547 года, повредившего собор, восстановительные работы включали обновление фресок и икон. В 1564–1566 годах были построены придельные церкви на галереях, посвящённые различным святым, а также добавлены две западные главы на основном объёме храма.
В XVII веке собор продолжал выполнять функции домовой церкви царской семьи. В этот период были проведены работы по украшению папертей и крыльца, включая росписи и установку решёток из жёлтой меди с серебряными иконами. В XVIII–XIX веках собор претерпел ряд изменений: были перестроены некоторые приделы, заменены полы, добавлены новые элементы декора.
