Первый храм во Владивостоке был заложен 8 июня 1861 года на склоне сопки (ныне Пушкинской) как деревянная церковь во имя Успения Пресвятой Богородицы. Строительство велось солдатами 3-й роты 4-го линейного батальона под руководством иеромонаха Филарета, судового священника корвета «Гридень». Освящение состоялось 1 апреля 1862 года. Храм имел скромные размеры: 19 м в длину и 8.5 м в ширину, с иконостасом из корабельного паруса на деревянной раме. Колокольня отсутствовала, а малый судовой колокол висел под навесом.
В 1876 году началось строительство каменного Успенского собора по проекту инженера В.С. Шмакова, но работы были приостановлены. Возобновлены они были в 1886 году по инициативе военного губернатора А.Ф. Фельдгаузена по проекту архитектора Миллера. Собор был освящен 6 декабря 1889 года епископом Камчатским и Благовещенским Гурием. Здание высотой 35 м с пятью главами вмещало до 1000 человек. В 1894 году внутренние стены расписал художник А.Ф. Соколов, создав 26 библейских сцен и образы 12 апостолов в куполе.
В 1900 году на средства купца В. Пьянкова был устроен придел во имя святого равноапостольного князя Владимира. В 1908 году по проекту архитектора Ю.Л. Вагнера построен церковно-причтовый дом с ризницей и библиотекой. Указом Святейшего Синода от 5 января 1899 года собор получил статус кафедрального.
В 1932 году собор был закрыт, а в 1938 году разрушен. На его фундаменте возвели жилой дом, позднее переданный художественному училищу. В 1996 году Владивостокской епархии возвратили сохранившийся соборный дом. В 1997 году в нем возобновились богослужения, а 15 апреля 2006 года состоялось великое освящение восстановленного храма. На месте алтаря разрушенного собора установлен памятный крест.