Успенский собор Рязанского кремля был заложен в 1693 году по инициативе митрополита Рязанского Авраамия. Строительство велось под руководством зодчего Якова Бухвостова, крепостного московского боярина Татищева. За образец был взят Успенский собор Московского кремля, построенный Аристотелем Фиораванти. Храм возводился как летний кафедральный собор Рязанской епархии, поскольку существовавший Христорождественский собор не вмещал всех прихожан.
Первая попытка строительства собора на этом месте была предпринята в 1684 году, однако в 1692 году недостроенное здание обрушилось из-за ошибок в проектировании и ненадежного грунта. Новый собор строился с 1693 по 1699 год. В 1696 году произошло частичное обрушение сводов, после чего архитектор Бухвостов был временно заключен под стражу. Окончательное завершение строительства и освящение храма состоялось 15 августа 1702 года.
Собор построен в стиле нарышкинского барокко. Его размеры составляют: высота без подклета - 28 метров, длина - 45 метров, ширина - 31 метр. Стены достигают толщины 2,4 метра. Храм украшен белокаменной резьбой, характерной для данного архитектурного стиля. Внутри собора был установлен семиярусный иконостас высотой 27 метров, созданный мастерами Московской Оружейной палаты.
В XVIII веке здание неоднократно страдало от конструктивных недостатков. В 1712, 1728, 1735 и 1737 годах происходили частичные обрушения. В 1796 году собор был закрыт, а в 1804 году после капитального ремонта под руководством архитектора Ивана Руски вновь открыт. В середине XIX века интерьер был расписан московским художником Николаем Степановым.
В 1929 году собор был закрыт советской властью. В здании размещались планетарий и музейные экспозиции. В 1992 году храм был возвращен Русской православной церкви и вновь освящен. С 2007 года в нем возобновлены регулярные богослужения в летний период. С 2022 года проводятся масштабные реставрационные работы, которые планируется завершить к концу 2026 года.