Строительство первого каменного собора на этом месте началось в 1629 году. В том же году, по сохранившимся документам, был заложен фундамент Успенского собора. Однако в 1643 году, во время строительства, произошла эпидемия, унесшая многие жизни. Воевода Федор Черкесов, ответственный за строительство, просил царя Алексея Михайловича разрешить не переводить его на другое место, чтобы завершить строительство собора. Царь удовлетворил его прошение, и строительство продолжилось.
В 1654 году собор был освящен патриархом Антиохийским Макарием III. В дальнейшем, в 1829 году, к существующему зданию была пристроена каменная трапезная с приделами: Покровским справа и Архангельским слева. Строительство велось на средства губернского секретаря Ивана Митрофанова и коммерции советника Семёна Лепёшкина. В 1837 году, из-за ветхости, старая деревянная церковь была разобрана, и на её месте началось строительство нового каменного собора, завершенное в 1842 году.
Архитектурно собор представляет собой пятикупольное сооружение в стиле ампир с трёхъярусной колокольней. В 1867 году была устроена каменная ограда вокруг собора. В советский период, в 1930-е годы, собор был закрыт и использовался для хозяйственных нужд, что привело к его разорению.
В 1989 году здание было передано общине верующих, и началась его реставрация. В 2000 году собор был полностью отреставрирован и освящен. В 2024 году на колокольне были установлены 12 колоколов, что восстановило традиционный звон над городом.
