Первые упоминания о православном храме на территории Старого Крыма относятся к 1625 году, когда польский путешественник Казимир Малевский зафиксировал наличие часовни на греческом кладбище. В 1780 году было приобретено 12 десятин земли для строительства храма, а в 1784 году началось возведение церкви в честь Успения Пресвятой Богородицы. К 1800 году вокруг храма сформировался монастырский комплекс с подсобными помещениями.
В 1825 году храм полностью сгорел по неосторожности служителя. Восстановительные работы начались в 1827 году, и к 1832 году церковь была заново отстроена и освящена. В период с 1850 по 1880 годы храм получил ценные дары от греческой диаспоры, включая золотую жертвенную чашу и плащаницу, привезенную из Италии.
В 1898 году храм посетила императорская семья, и Николай II преподнес в дар икону «Нечаянная радость». После революции 1917 года храм подвергся разграблению, а в 1921 году в церковном дворе были расстреляны кадеты Сергеевского военного училища. В 1929 году была разрушена колокольня, а в 1935 году храм полностью разобрали для переоборудования под городскую электростанцию.
В 1997 году храм Успения Пресвятой Богородицы был восстановлен на прежнем месте. В 2002 году во время работ на территории храма было обнаружено православное захоронение XV века, останки из которого перенесли на городское кладбище. Перед храмом сохранился старинный фонтан, построенный в начале XIX века болгарином Петром Михайловым из села Малко Тырнова.