11 июля 1904 г. состоялось освящение главного престола тульского храма во имя Успения Пресвятой Богородицы Тульского Успенского женского монастыря.
Когда именно был построен «Монастырь девичей Успения Богородицы, строение Государя Царя и Великаго Князя Алексея Михайловича, всея великия и малыя и Белыя России Самодержца», как он назван в Писцовой книге, составленной в 1685 году князем Вадбольским, с точностью нельзя сказать. Известно, что до 1649 года он уже существовал. А поскольку Алексей Михайлович вступил на престол в 1645 году, следовательно, монастырь построен между 1645 и 1649 годами. Имя всей обители дал первый появившийся и освященный здесь храм – в честь Успения Пресвятой Богородицы.
Церковь разобрали и в 1791—1792 годы построили вместо нее новую — каменную, одноэтажную, на деньги, выделенные из казны Екатериной II, попечением тульского гражданского губернатора Андрея Ивановича Лопухина. Главный престол освятили во имя Успения Пресвятой Богородицы, южный придел был посвящён иконе «Неопалимая Купина», северный — Александру Свирскому. В 1899 году приступили к разборке и этой церкви.
Стены собора сложены из темно-красного кирпича. Черные купола увенчаны крестами и полумесяцами.
Росписи Успенского храма представляют художественную ценность. По мнению известного тульского историка и краеведа конца XIX – начала XX века, создателя Епархиального древлехранилища Н.И. Троицкого, «фрески его замечательны в высшей степени по своей технике и стилю, а главное, по своей полноте и содержательности. Сколько известно, эта роспись – последнее и совершеннейшее создание мастеров русского фрескового письма». Возможно художники были соработниками Виктора Васнецова, так как росписи храма являются точными копиями его работ в Киевском Владимирском соборе. На стене верхнего храма сохранилась надпись: «В 1909 году тщанием настоятельницы игуменьи Магдалины, с помощью благотворителей, соборный храм сей украшен стенным писанием и орнаментом».
После революции Успенский женский монастырь некоторое время еще существовал – в феврале 1918 года при нем открылся приют на 15 девочек. Однако начавшиеся согласно декрету о свободе совести, церковных и религиозных обществах, осуществившего отделение церкви от государства, процессы лишили монахов и монахинь средств существования, а церковь – одного из источников дохода. Вскоре монастырь был упразднен и собор закрыт.
В 1930-х годах его пытались взорвать, но собор оказался очень прочным и выстоял. Тогда с него сбили купола и разместили филиал государственного архива. В конце 1980-х была произведена реконструкция здания. Вновь были установлены купола и укреплено основание собора.
В сентябре 2001 г. храм был возвращен Тульской епархии. В сентябре 2001 г. храм был возвращен Тульской епархии. В сентябре 2006 года Успенский храм бывшего женского монастыря был возвращен церкви. С 2007 г. это кафедральный собор.
10 мая 2012 года в Свято-Успенском кафедральном соборе был торжественно освящен второй этаж. Оно ознаменовало собой завершение реставрационных работ храма.
