Успенская церковь в Азове была первоначально построена в 1771 году как гарнизонный храм для 1-го Азовского батальона по благословению епископа Воронежского Тихона (Якубовского). Располагалась за крепостным валом в солдатском форштадте. Священник содержался за счет батальона с вычетом средств с жалования военнослужащих.
6 мая 1789 года храм подвергся угрозе пожара, но был спасен прихожанами. В 1834 году здание полностью сгорело во время крупного городского пожара. Новый каменный Успенский собор начали строить в 1847 году на центральной площади Азова на средства горожан при участии казачества и купечества. Освящение состоялось в 1848 году.
Архитектурный ансамбль включал четырехпрестольный храм в стиле классицизма с ротондой на четверике под полусферическим куполом, трапезной и трехъярусной шатровой колокольней высотой 25 метров. Приделы были освящены во имя святителя Николая Чудотворца, святителя Митрофана Воронежского и равноапостольного князя Владимира. Вместимость составляла до 3000 человек.
С 1874 года в ограде храма хоронили священнослужителей и видных горожан. К началу XX века приход включал пять учебных заведений: церковноприходскую школу, двухклассное училище Министерства народного просвещения, ремесленную школу, мужскую и женскую гимназии. Действовало общество помощи бедным.
В 1931 году храм был закрыт, в 1935-1936 годах полностью разрушен. В период немецкой оккупации (1942-1943) богослужения возобновились в здании бывшей церковной сторожки. После освобождения города молитвенный дом был официально зарегистрирован 24 ноября 1944 года. В 1954 году община вынуждена была перейти в приобретенный частный дом на Черноморском переулке, где устроила алтарь. Окончательное закрытие молитвенного дома произошло в 1960 году.
14 октября 1999 года на месте алтаря разрушенного собора установлен памятный камень. С 2013 года ведутся работы по воссозданию храма. 28 августа 2016 года на историческом месте совершена первая Божественная литургия.