В XVIII веке село Клементьево, на территории которого ныне находится собор, входило в состав владений Троице-Сергиева монастыря. В 1757 году было принято решение о строительстве нового каменного храма на месте обветшавшей деревянной церкви. Строительство продолжалось до 1769 года и завершилось возведением величественного Успенского храма, который стал архитектурной доминантой села.
Архитектурно собор представляет собой образец стиля барокко с элементами классицизма. Основной объем храма — двусветный четверик с пятиглавым завершением. Фасады украшены пилястрами и лепными элементами, придающими зданию торжественный и величественный облик. Внутреннее пространство разделено массивными столпами, поддерживающими своды и купола. Иконостас выполнен в традициях русского зодчества XVIII века, с богатой резьбой и позолотой.
В 1782 году село Клементьево, вместе с другими подмонастырскими поселениями, вошло в состав новообразованного Сергиевского посада, что способствовало дальнейшему развитию региона и укреплению его духовного значения.
В XIX веке собор продолжал функционировать, являясь центром духовной жизни местного населения. Однако в советский период, как и многие религиозные учреждения, храм подвергся закрытию. Здание использовалось не по назначению, что привело к утрате части внутреннего убранства и повреждению архитектурных элементов.
В конце XX — начале XXI века начался процесс возвращения храма Русской Православной Церкви и его восстановления. Были проведены реставрационные работы, направленные на восстановление исторического облика собора, воссоздание иконостаса и внутренних росписей. В настоящее время Успенский кафедральный собор является действующим храмом, где регулярно проводятся богослужения и церковные таинства.
Собор также играет важную роль в культурной жизни города, являясь объектом притяжения для паломников и туристов. Его архитектура и история представляют значительный интерес для исследователей и ценителей русского зодчества XVIII века.
