Первые упоминания о храме Успения Пресвятой Богородицы в Камышине относятся к середине XVIII века. После пожара 1740 года, уничтожившего значительную часть города, на правом берегу реки Камышинки была построена деревянная Успенская церковь. Она заменила сгоревшую соборную Богородицкую церковь, располагавшуюся в крепости. Точная дата постройки неизвестна, но освящение антиминса епископом Илларионом, занимавшим кафедру с 1731 по 1755 год, позволяет отнести строительство к этому периоду.
В 1773 году на месте обветшавшего здания возвели новую деревянную церковь. Каменный храм начали строить в 1797 году, завершив работы к 1810 году. Храм имел придел в честь Архистратига Михаила, позднее был добавлен придел во имя благоверной княгини Ольги. При церкви находились каменная сторожка, кладовая и церковно-приходская школа.
В 1821 году к Успенской церкви было приписано Камышинское уездное духовное училище, имевшее домовой храм во имя святителя Иоанна Златоуста. Во второй половине XIX века старостой храма был купец второй гильдии Матвей Горбунов, на чьи средства обновлялся иконостас и проводились другие работы по благоукрашению.
В 1929 году, к празднованию годовщины Октябрьской революции, советские власти закрыли храм. К середине 1930-х годов здание было полностью разрушено. Сохранились лишь некоторые постройки церковного комплекса: здания церковно-приходской школы и духовного училища.
Возрождение приходской жизни началось в 1992 году с открытия молитвенного дома в честь Успения Божией Матери. В 1996 году было освящено место для строительства нового храма в районе 3-го городка. Современное здание церкви построено не ранее 1998 года.