Собор является частью архитектурного ансамбля Свято-Успенского Трифонова мужского монастыря, основанного в 1580 году преподобным Трифоном Вятским.
Первоначально на территории монастыря были возведены деревянные храмы, включая уникальную шестиглавую Успенскую церковь, построенную около 1599 года. В 1684 году началось строительство каменного Успенского собора, завершившееся в 1689 году. Этот собор стал первым каменным сооружением монастыря и является старейшим сохранившимся каменным зданием в городе Кирове.
Архитектурно собор представляет собой пятиглавый четырёхстолпный храм с тремя полукруглыми апсидами. Первоначально здание имело деревянное позакомарное покрытие, которое в 1740-х годах было заменено на четырёхскатную железную кровлю. В 1810 году деревянные крыльца были заменены каменными портиками, возведёнными по проекту губернского архитектора М. Кисельникова.
В 1929 году собор был закрыт, а монастырь прекратил свою деятельность. В последующие годы часть монастырских построек была разрушена или использована под различные нужды. В 1989 году собор был возвращён Русской Православной Церкви, после чего начались реставрационные работы. К началу XXI века Успенский собор был вновь отреставрирован и стал кафедральным собором Вятской епархии.
