Собор возведён раньше всех кремлёвских строений. Первая деревянная церковь здесь стояла в X веке при князе Владимире. Каменную возвели в начале XVI столетия. Многие архитектурные элементы повторяют черты Успенского собора в Москве. Шлемовидные купола в XVIII веке были заменены на луковичные.

Обновленный после пожара барочный иконостас сохранился с 1736 года. В 1884 г. во время очередной реставрации собора строителями найдена рака Святого Леонтия, преподнесённая собору от князя Андрея Боголюбского.

В конце XII и начале XIII столетий настоятелем Успенского собора значился отец всемирно известного русского богатыря Алеши Поповича.