В 1785 году купцы и мещане Купеческого предместья города Херсона обратились к архиепископу Херсонскому и Славенскому Никифору с прошением о строительстве храма во имя Успения Пресвятой Богородицы с двумя приделами: Св. Чудотворца Николая Мирликийского и Св. Варвары. Необходимость строительства церкви была вызвана тем, что существующая в предместье церковь Св. Софии была греческой, и служба в ней велась на греческом языке. Храм был заложен в 1786 году в самом центре Купеческого предместья на широкой Греческой площади. Главными благотворителями строительства храма были купцы Петр Фендриков и Иван Сизарев. Начавшаяся летом 1787 года русско-турецкая война задержала строительство. Поэтому, по просьбе херсонских купцов, из крепости была перенесена деревянная церковь Святого Архистратига Михаила, поставленная восточнее строящегося храма, и освященная в апреле 1788 года. Через десять лет она была разобрана, так как 14 апреля 1798 года освятили Успенскую церковь. Она была крестово-купольного типа, 46 метров в длину, 31 метр в ширину и 40,5 метров в высоту. С запада к ней была пристроена деревянная колокольня 45 метров в высоту. Церковные приделы освятили позже: 16 мая 1799 года южный, во имя Николая-Чудотворца, и несколько позднее северный — во имя Св. Варвары, особо почитаемой казачеством. По преданию, окончанию строительства церкви во многом помогло 40-тысячное пожертвование одного из стариков-запорожцев, имя которого не значится в летописях собора. В 1828 году, в связи с окончанием перевода учреждений Херсонского адмиралтейства в Николаев и причислением Екатерининского крепостного собора к военному ведомству. Успенская церковь стала городским собором. В 1833 году деревянная колокольня собора была перестроена в каменную. В 1897 году на ней был водружен железный 11 — метровый шпиль с вызолоченным крестом.
Со временем вокруг храма вырос целый ансамбль церковных построек. Так. перед главным входом, со стороны ул. Ришельевской были выстроены два двухэтажных каменных дома: в 1822 году — в северном углу и в 1829 году — в южном. Первый, почти всегда сдавался внаем, а во втором находились причт и Духовное правление, а с 1849 года по 1874 год размещалось Духовное училище.
В 1853 году для облегчения епархиальных дел архиепископ Иннокентий исходатайствовал открытия в Херсонской губернии викариатства с назначением кафедры в Херсоне. Успенский собор стал кафедральным. Первым викарным епископом был назначен Поликарп, занимавший этот пост с 5 июля 1853 года по 12 июля 1858 года. В 1859-1861 годах собор был капитально отремонтирован, вокруг него появилась ограда с металлической решеткой и тремя каменными воротами.
В 1867-1868 годах в юго-восточном углу участка собора был выстроен двухэтажный каменный дом для священников, в 1896 — построен одноэтажный дом читальни-библиотеки и Аудитории религиозно-моральных чтений. Два важнейших события, связанных с собором произошли в 1850-х годах: 8 мая 1852 года сюда прибыл первый крестный ход с чудотворной Касперовской иконой Богоматери, а 26 октября 1855 года, по пути в Крым. Херсон посетил император Александр II, прослушав торжественную литургию в соборе. Через год, когда был заключен мирный договор, положивший конец Крымской войне, Александр II направил из Москвы в Успенский кафедральный собор благодарственную грамоту жителям Херсонской губернии за их терпение и поддержку действующей армии. Известны имена крупнейших благотворителей собора. Так, на средства Якова Дорошенко была построена каменная колокольня; на деньги старосты собора Ивана Волохина — железная ограда вокруг храма и новый центральный иконостас; на средства его сына и преемника должности старосты Александра Ивановича Волохина — двухэтажный каменный дом в церковной ограде; им же был перелит большой соборный колокол; и наконец, по завещанию купца Даниила Галухина, в 1862 году собор получил 200 сажень плавневой земли на Большом Потемкинском острове.
Успенский собор — крупнейший в Херсоне храм, простой в архитектуре экстерьера, был богато украшен внутри. Грандиозный иконостас, простирающийся на 30 метров, охватывал все три придела, и в центральной части уходил вверх на 17 метров. Он заключал в себе 50 икон. Лишь одна из них — Пресвятая Богородица, стоящая на полумесяце, — замечательное произведение иконописи, — чудом сохранилась до наших дней. Вероятно, первые иконы собора были написаны киевскими мастерами. Во время ремонта храма, в конце 1850-х годов одесский мастер Тимофей Толмачевский расписал интерьер в византийском стиле. Херсонский художник 3.И.Рябков расписал приделы, а позднее переписал и все фрески храма. Ничего этого не сохранилось.
История храма в советские годы подобна судьбам многих других церквей. В 1922 году были изъяты ценности, в 1929 году — сняты колокола, в 1930 году — собор закрыт и здание передано под спортивный клуб, в связи с чем интерьер был полностью уничтожен. Во время фашистской оккупации храм действовал, но в ноябре 1944 года был вновь закрыт и преобразован в Дворец физкультурников. С 1945 года по 1993 год в соборе находился спорт-клуб «Петровец» завода им. Г.И. Петровского. Лишь в сентябре 1993 года храм возвращен верующим Украинской православной церкви и храм начали восстанавливать.
Успенский кафедральный собор является памятником архитектуры XVIII века и входит в комплекс охранной зоны исторической застройки города.
