Успенский кафедральный собор на карте Тулы появился в 1902 году на месте церкви Успения Пресвятой Богородицы, разобранной из-за ветхого состояния в 1898 году. Проект нового двухэтажного каменного храма в псевдорусском стиле разработал архитектор Э. Скавронский. Святыня имела два престола на первом этаже и три на втором. К 1909 году были окончены росписи внутренних стен. В частности, было нанесено пять сюжетов, являющихся точными копиями настенных картин во Владимирском соборе Киева. Их авторами стали ученики выдающегося художника В. Васнецова, приехавшие в Тулу с эскизами, зарисовками и чертежами оригиналов своего учителя.
На фоне богатой настенной живописи особенно красочно выглядели оригинальные орнаменты, аналогов которых нет ни в одном другом православном храме.
После победы большевиков собор закрыли. В начале 30-х годов прошлого столетия его и вовсе пытались взорвать, но постройка оказалась настолько монолитной, что выдержала взрывчатку. Представители советской власти довольствовались тем, что снесли с постройки купола. В перестроенном здании разместили филиал Тульского государственного архива.
В конце 1980 годов собор реконструировали, укрепив его основание и вернув купола. Несмотря на договоренность с местными властями о передаче храма верующим еще в 1999 году, архивные материалы в нем хранились до 2006 года.
Богослужения в Успенском кафедральном соборе возобновились в сентябре 2006 года. Перед этим постройку приводили в порядок, облагораживали территорию перед ней. В кратчайшие сроки удалось восстановить интерьер первого этажа.
Реставрационные работы на втором этаже удалось завершить только к 2012 году, после чего митрополит Тульский и Ефремовский Алексий повторно освятил здесь престол в честь Успения Божией Матери.
