Im Jahr 1626 wurde im Kreml eine hölzerne Kathedrale erbaut, bekannt als die Erzengelkathedrale. Später, in den 70er und 80er Jahren des 17. Jahrhunderts, wurde an ihrer Stelle die erste steinerne Uspenski-Kathedrale mit Seitenaltären zu Ehren des Erzengels Gabriel und des heiligen Tikhon von Amathus errichtet. Doch weniger als ein Jahrhundert später war sie baufällig und wurde abgerissen. Der Bau der neuen Kathedrale begann am 7. Mai 1762 mit dem Segen des Bischofs von Kolomna und Kashira, Porfirij, und wurde von der Tulaer Kaufmannschaft aus "Getränkesteuern" finanziert. Für den Bau und die Ausstattung der Kathedrale wurden etwa 30.000 Rubel ausgegeben. Die Hauptbaumeister waren der Kaufmann Lukjan Koptelzew, Sofron Sidnew und Andrei Wladimir. Das Gebäude wurde am 8. Mai 1764 fertiggestellt, aber Lukjan Koptelzew war zu diesem Zeitpunkt bereits verstorben, und sein Platz wurde von Bürgermeister Timofej Tschetschulin eingenommen. Die Kathedrale wurde 1766 geweiht, und ein Jahr später wurde der Altar des heiligen Johannes Chrysostomus geweiht, der später aufgrund von Platzmangel durch die Kathedralkapelle ersetzt wurde. Die Uspenski-Kathedrale war ein kalter, unbeheizter Tempel, in dem die Gottesdienste nur von Ostern bis zum Schutzfest stattfanden. Am 16. Februar 1930 schloss das Präsidium des Mosoblispolkoms die Kathedrale mit dem Plan, in ihren Räumlichkeiten ein atheistischen Museum einzurichten, das jedoch nie geschaffen wurde. 1934 wurden einige Ikonen und Gewänder der Kathedrale an die Nikolochasowenskaja Kirche übergeben. 1945 wurde die Uspenski-Kathedrale als Denkmal von unionaler Bedeutung anerkannt, und 1960 wurde ihr Gebäude unter staatlichen Schutz gestellt. 1961 diente die Kathedrale als Lager für Konsumgüter. Die Restaurierung begann im Mai 1965 nach dem Beginn einer umfassenden wissenschaftlichen Restaurierung des Kremls. 1968 und 1970 wurde beschlossen, die fünf Kuppeln der Kirche zu vergolden, das Dach zu ersetzen und das Sockel zu reparieren. Im Juli 1975 begannen die Arbeiten zur Restaurierung des Ikonostase und der Ikonen. Der Zustand des Ikonostase war insgesamt zufriedenstellend, aber der Verlust von geschnitztem Dekor betrug etwa 30 %. In den Jahren 1982 und 1986 wurde die Schnitzerei des Ikonostase aus Lindenholz wiederhergestellt. Die Wandmalerei an der Westwand wurde durch einen Brand in den 1950er Jahren beschädigt, und in den 1960er Jahren ging die Komposition der Himmelfahrt der Gottesmutter aufgrund von Feuerwerken verloren. Mitte der 1980er Jahre befand sich die Wandmalerei in einem Notzustand. 1988 begannen Moskauer Künstler unter der Leitung von V. L. Lagutin mit der Restaurierung der Wandmalerei.

Im September 1991 übergab das Exekutivkomitee des Tulaer Oblastrates der Volksabgeordneten die Uspenski-Kathedrale zur unentgeltlichen Nutzung an die Tulaer Diözesanverwaltung zur gemeinsamen Nutzung mit der Filiale des regionalen Heimatmuseums. In den 1990er Jahren fanden aufgrund fehlender Finanzierung keine Restaurierungsarbeiten am Ikonostase statt, und seit 1996 wurde die Finanzierung der Restaurierung der Wandmalerei eingestellt. Im Jahr 2001 wurden die Arbeiten von Spezialisten des "Zentrrestaurations" aus Moskau wieder aufgenommen. In den Jahren 2000 und 2001 stellte der Restaurator A. Pjatin Teile der geschnitzten Rahmen der Ikonen des Ikonostase wieder her. Am 8. September 2005 wurde zum ersten Mal die Beleuchtung der Kathedrale eingeschaltet. Im Jahr 2013 wurde im Rahmen der Restaurierung des Tulaer Kremls auch die Kathedrale erneuert: die Kuppeln wurden vergoldet, die Wände grau gestrichen. Im Frühjahr 2020 begann die Restaurierung der Innenausstattung des Tempels und der Fresken des 18. Jahrhunderts, die seit 2006 aufgrund von starken Frösten und Temperaturschwankungen zu zerfallen begannen. Auch der Ikonostase mit einer Höhe von etwa 14 Metern und einer Breite von etwa 22 Metern wird restauriert, und es werden weitere notwendige Arbeiten durchgeführt, deren Abschluss für Oktober 2021 geplant ist.