В 1290 г. на месте, где находится Успенский собор, была построена новая деревянная церковь, вместо прежней. В том же году, на праздник Успения Пресвятой Богородицы, она была освящена Ростовским епископом Тарасием. Ростовские князья передали в дар для соборного храма образ Пресвятой Богородицы Одигитрия и колокол под названием Тюрик.

Церковь сгорела летом 1396 г. В 1397 г. построен новый деревянный храм. В следующем году он был разрушен и разграблен новгородцами, которые увезли и храмовую икону Божией Матери Одигитрия. В 1399 г. икона была возвращена. Вновь построеный епископом Ростовским Григорием собор сгорел в 1488 (1490?) г. Новый огромный деревянный собор, круглый, о 20-ти стенах, был освящён в 1493 г., но через три года сгорел. В 1502 г. построен новый храм, сгоревший через 50 лет до основания от удара молнии.

29 февраля 1554 г. Ростовским архиепископом Никандром была дана грамота на построение в Устюге каменной соборной церкви. В 1558 г. новый собор с приделом Иоанна Предтечи был освящён.

Первый каменный собор строился в 1619-1622 г.г. В писцовых книгах 1623-1626 г.г. описана соборная церковь Успения Богородицы в Большом остроге: каменная, о пяти верхах (пятиглавая), придел в честь Усекновения главы Иоанна Предтечи; вверху, на полатях, располагался придел преп. Михаила Малеина. Вторая церковь - в честь свв. Косьмы и Дамиана, тёплая, деревянная, клетская. Колокольня была рубленная, о шести стенах. На "колоколнице" 7 колоколов больших, средних и малых зазвонных.

Через 9 лет после постройки храм сгорел, и в 1639 г. был заложен новый каменный собор. В 1652 г. царь Алексей Михайлович издал указ, в котором повелевал митрополиту Ростовскому Варлааму построить в Устюге Великом соборную каменную церковь. Митрополит приказал разобрать всю постройку и, укрепив подошву, строить заново. В 1663 г. в Устюг на строительство собора прибыли каменщики из Ярославля, числом 28 человек. Собор был построен одноэтажный, о пяти главах. Освящён 25 марта 1669 г. Престолы в честь: Успения Пресвятой Богородицы - главный, Благовещения Пресвятой Богородицы, правв. Симеона Богоприимца и Анны пророчицы.

В 1650 г. при соборе была построена деревянная тёплая Космодамиановская церковь.

Древнейшей иконой в соборе была икона Божией Матери Одигитрия, полученная в 1290 г. от ростовских князей Димитрия и Константина Борисовичей. Северная и южная стороны собора, начиная от иконостаса, а также два столпа были обнесены киотами с тумбами; в киотах находились иконы из древних иконостасов. Древнейшей из них была икона Успения, присланная сюда в 1496 г. Образ Благовещения, перед которым молился блаж. Прокопий, в 1567 г. был перенесён в Московский Успенский собор. В соборе располагались 6 гробниц устюжских архиереев.

Тёплая Благовещенская церковь была перестроена в 1738 году из архиерейских келий.

Колокольня состояла из двух корпусов, построенных в разное время, соединенных между собой и с зимней Благовещенской церковью. На большой колокольне находились два колокола, литые в Устюге: один весом 1054 п. - в 1754 г., другой весом около 500 п. - в 1786 г. На другой колокольне древнейший колокол был отлит в 1643 г. Здесь же были помещены медные боевые часы с четвертями недельного завода.

4 декабря 1929 г. состоялась последняя служба в Успенском соборе. В том же месяце начали снимать колокола с колокольни.