Der Bau der neuen Kirche begann 1877 an der Stelle der alten Panteleimon-Kirche, die 1871 auf dem Gelände des Krankenhausfriedhofs in Taschkent errichtet wurde. Die Finanzierung des Baus erfolgte durch Spenden der Bürger. Unter ihnen war der turkestanische Generalgouverneur K. P. von Kaufmann, der 3000 Rubel spendete. Den größten Betrag steuerte der taschkentische Kaufmann der ersten Gilde Dmitri Zacho bei, der dann 15 Jahre lang als Kirchenältester diente.

Der Bau wurde 1878 abgeschlossen, und am 31. Januar 1879 wurde die Kirche zu Ehren des heiligen Märtyrers und Heilers Panteleimon geweiht.

Im Jahr 1922 ging die Gemeinde, wie viele andere in Zentralasien, unter die Verwaltung des Erneuerungs-Synods der Orthodoxen Russischen Kirche. 1933 wurde die Kirche für Gottesdienste geschlossen, und bis 1945 diente das Gebäude als Sanitätslager des Mittelasiatischen Militärbezirks. Im Dezember 1945 wurde die Kirche den Gläubigen zurückgegeben und erneut zu Ehren der Entschlafung der Heiligen Gottesmutter geweiht, wobei sie den Status einer Kathedrale der Eparchie Taschkent erhielt. In den Jahren 1958 und 1960 wurde das Gebäude unter Bischof Jermogen (Golubev) umgebaut und erheblich erweitert.

Anfang der 1990er Jahre wurden der Glockenturm und die Kuppeln der Kathedrale renoviert, das angrenzende Gelände erweitert und verschönert, und die innere Ausstattung wurde reicher. Am 10. November 1996 hielt der Patriarch von Moskau und ganz Russland Alexius II. während seines Besuchs in Taschkent einen Gottesdienst in der Kathedrale ab.

Im Jahr 2014 wurde beschlossen, in der Kathedrale eine zusätzliche Kirche für die Beerdigung der Verstorbenen zu errichten.