В 2007 году для собора были отлиты и привезены колокола. В августе 2009 года митрополитом Астанайским и Алматинским было проведено освящение пяти куполов и крестов собора. 17 января 2010 года собор был освящен Патриархом Московским и всея Руси Кириллом.
Собор представляет собой пятикупольное здание высотой 68 метров, выполненное в традициях русского храмового зодчества XVI–XVII веков. Общая площадь храма составляет более 2000 квадратных метров, что позволяет вместить до четырех тысяч человек, делая его крупнейшим православным храмом в Центральной Азии. Собор имеет три придела: главный — в честь Успения Пресвятой Богородицы, правый — в честь святых равноапостольных Кирилла и Мефодия, левый — в честь Архистратига Божия Михаила и прочих Небесных Сил бесплотных. Нижний храм освящен в честь новомучеников и исповедников казахстанских.
В 2011 году при соборе было начато строительство духовно-культурного центра имени святых равноапостольных Кирилла и Мефодия, включающего в себя гостиницу для паломников, воскресную школу, молодежное движение и другие учреждения. В 2013 году началось строительство 75-метровой колокольни, оснащенной набором колоколов общим весом более 11 тонн. В 2016 году на колокольню было установлено устройство для воспроизведения различных видов звона — «электронный звонарь».
Собор украшен росписями, выполненными художниками из Палеха (Россия). В храме хранятся святыни: частица мощей святого апостола Андрея Первозванного, частицы мощей святых угодников Божиих из Киево-Печерской лавры, икона святого Александра Свирского с частицей его мощей, икона преподобной Марии Египетской из монастыря святого Герасима в Иордании, икона Богородицы «Казанская», подаренная Патриархом Кириллом.
