Ранее на месте современного собора находилась деревянная кладбищенская церковь Успения Пресвятой Богородицы. В связи с её ветхостью и необходимостью создания более прочного и вместительного храма, было принято решение о строительстве каменного здания. Инициаторами и ктиторами строительства выступили енисейские купцы второй гильдии Семён Михайлович Трескин и его сын Пётр Семёнович Трескин. Благодаря их усилиям и поддержке местного населения были собраны необходимые средства и заготовлены строительные материалы. По благословению архиепископа Тобольского и Сибирского Варлаама, 9 сентября 1793 года состоялась закладка каменной двухэтажной Успенской церкви в нескольких саженях от существовавшей деревянной церкви.
Строительство храма велось поэтапно. К 1797 году были завершены основные строительные работы первого этажа, после чего началась внутренняя отделка и установка иконостаса. Освящение нижнего храма в честь Успения Пресвятой Богородицы состоялось 11 июля 1799 года. Второй этаж, предназначенный для летнего богослужения, был заложен 27 августа 1794 года. Строительство и оборудование храма апостолов Петра и Павла продолжались до осени 1817 года. Освящение верхнего храма было проведено летом 1818 года.
Архитектурный облик собора соответствует традициям сибирского барокко. Здание представляет собой двухэтажный храм с массивной колокольней. К основному бесстолпному четверику с востока примыкает апсида, с запада — трапезная, равная по размеру основному объёму. Особенностью конструкции является двухосная компоновка оконных проёмов на первом этаже без устройства входных дверей. Фасады украшены кирпичным декором, включая профилированные рамы вокруг окон и орнаментальные фризы.
В период советской власти собор, как и многие другие религиозные здания, подвергся закрытию и использованию в хозяйственных целях. Однако благодаря своей архитектурной ценности и историческому значению, здание сохранилось и в последующем было возвращено Русской Православной Церкви. В настоящее время собор действует и является одним из главных духовных центров города Енисейска.
