Собор постройки XVIIв. Возведен на месте собора XIV в в течение 10 лет зодчим Мелентием Алексеевым. В 1804 году храм заново расписали. В 1929 году храм был закрыт и разграблен, захоронения коломенских архипастырей разорены.
В 1989 году собор был возвращён Русской православной церкви. Настоятелем стал протоиерей Николай Качанкин. Под его руководством Успенский собор был восстановлен. С 4 июня 2021 года настоятелем Успенского собора является митрополит Крутицкий и Коломенский патриарший наместник Московской митрополии Павел (Пономарёв).
Первое белокаменное здание Успенского собора было  заложено в 1379 году великим князем Дмитрием Донским после первой победы русских войск над Ордой в битве на реке Воже. В следующем году, однако, он обрушился и был достроен только к 1382 году. Это была одна из крупнейших каменных построек Московского княжества. Предположительно, в росписи собора принимал участие Феофан Грек.
С 1581 по 1586 год в храме служил святитель Иов, епископ Коломенский, ставший первым патриархом Русской церкви.