Первый каменный Успенский собор был возведен в Ростове в 1162 году по указу князя Андрея Боголюбского на месте сгоревшего деревянного храма. Однако этот собор не сохранился до наших дней. Впоследствии на его месте возводились новые храмы, каждый из которых отражал архитектурные тенденции своего времени.
Современное здание собора было построено в период с 1508 по 1512 годы. Архитектура храма во многом схожа с Успенским собором Московского Кремля и тесно связана с традициями владимиро-суздальского зодчества. Пятиглавый храм разделен монументальными лопатками на три и четыре прясла, которые завершаются килевидными закомарами. Узкие окна, напоминающие бойницы, расположены в два яруса, между которыми проходит аркатурный пояс, придающий изящество и легкость монументальному сооружению. Высота собора с крестом достигает 60 метров.
В соборе находятся захоронения многих правящих архиереев Ростово-Ярославской епархии с XI по XVIII век, включая митрополита Иону Сысоевича, при котором был создан архитектурный облик Ростова. У южной стены собора в приделе святителя Леонтия Ростовского под спудом находятся мощи святого Леонтия Ростовского, а в юго-западном углу под спудом — мощи святого Феодора Ростовского.
В 1953 году мощный ураган сорвал купола и крыши многих храмов в центре города, включая Успенский собор. После этого в Ростове начались масштабные реставрационные работы под руководством Владимира Баниге. В ходе реставрации были ликвидированы некоторые наслоения: невыразительная четырехскатная кровля была заменена позакомарным покрытием, близким к оригинальному. Однако была сохранена луковичная форма глав времен митрополита Ионы, замену их на шлемовидную форму признали нецелесообразной, чтобы не нарушать стилевое единство с комплексом кремля. В процессе реставрационных работ в соборе были проведены раскопки, которые позволили обнаружить в нижних ярусах белокаменную кладку XII века.
