В конце XIV века, во время правления князя Олега Рязанского, на территории Рязанского кремля был заложен первый каменный храм — Успенский собор. Строительство продолжалось и при его сыне, князе Фёдоре Ольговиче, при котором собор был завершён и освящён. Собор стал усыпальницей рязанских князей: здесь были похоронены, в частности, князь Фёдор Ольгович (скончался в 1427 году) и другие представители княжеской династии.
В 1522 году, после переноса архиерейской кафедры в кремль, собор приобрёл статус кафедрального. В 1609 году в него были перенесены мощи святителя Василия Рязанского из церкви Бориса и Глеба. Собор неоднократно перестраивался: в 1598–1606 годах при архиепископе Митрофане были произведены значительные работы по его расширению и обновлению.
В 1753 году, после завершения строительства нового Успенского собора, старый собор был переименован в Христорождественский. В 1776 году обрушение сводов привело к разрушению княжеских гробниц, после чего последовала очередная перестройка. В 1826 году архитектор Л.И. Стефенгаген придал зданию черты позднего классицизма: были возведены колонные портики, увеличены окна, а пятиглавие заменено ротондой.
В 1873 году под руководством архитектора Звенова собор подвергся очередной реконструкции: была удлинена трапезная, фасады оформлены в псевдобарочном стиле, а деревянный купол заменён на восьмигранный. Внутренние росписи и резной иконостас были выполнены известным рязанским иконописцем Николаем Шумовым.
В XIV–XV веках в соборе были захоронены пятеро рязанских князей и три княгини, а в начале XIX века — два рязанских архиерея. Собор посещали императоры Александр I, Николай I, Александр II и Николай II.
В 1930 году собор был закрыт, и в его здании разместился областной архив. В этот период внутренние росписи были забелены, иконостас и утварь утрачены.
