En 1626 se construyó en el Kremlin una catedral de madera, conocida como la Catedral de Arcángel. Más tarde, en las décadas de 1670 y 1680, se erigió en su lugar la primera catedral de piedra de la Asunción, con capillas en honor al Arcángel Gabriel y a Tikhon de Amathus. Sin embargo, menos de un siglo después, se deterioró y fue desmantelada. La construcción de la nueva catedral comenzó el 7 de mayo de 1762 con la bendición del obispo de Kolomna y Kashira, Porfirio, y fue financiada por los comerciantes de Tula a partir de "recaudaciones de bebidas". Se gastaron alrededor de 30 mil rublos en la construcción y decoración de la catedral. Los principales constructores fueron el comerciante Lukyan Kopteltsev, Sofron Sidnev y Andrey Volodimirov. El edificio se completó el 8 de mayo de 1764, pero Lukyan Kopteltsev ya había fallecido para entonces, y su lugar fue ocupado por el burgomaestre Timofey Chechulin. La catedral fue consagrada en 1766, y un año después se consagró la capilla de Juan Crisóstomo, que más tarde fue abolida debido a la falta de espacio, reemplazándola con la sacristía de la catedral. La catedral de la Asunción era un templo frío, sin calefacción, donde los servicios se realizaban solo desde Pascua hasta la Protección. El 16 de febrero de 1930, el presidium del Comité Ejecutivo de la Región de Moscú cerró la catedral, planeando ubicar en sus instalaciones un museo ateo, que nunca se creó. En 1934, algunos íconos y vestimentas de la catedral fueron transferidos a la iglesia de Nikolochasovenskaya. En 1945, la catedral de la Asunción fue reconocida como monumento de importancia federal, y en 1960 su edificio fue puesto bajo protección estatal. En 1961, la catedral albergaba un almacén de productos industriales. La restauración comenzó en mayo de 1965 tras el inicio de una restauración científica integral del Kremlin. En 1968 y 1970 se tomó la decisión de dorar las cinco cúpulas del templo, se reemplazó el techo y se reparó el zócalo. En julio de 1975 comenzaron los trabajos de restauración del iconostasio y de los quioscos. El estado del iconostasio era en general satisfactorio, pero las pérdidas de decoración tallada representaban alrededor del 30%. En 1982 y 1986 se restauró la talla del iconostasio de tilo. La pintura mural en la pared occidental sufrió daños por un incendio en la década de 1950, y en la década de 1960 se perdió la composición de la Asunción de la Virgen debido a fuegos artificiales. A mediados de la década de 1980, la pintura mural estaba en estado de emergencia. En 1988, artistas de Moscú bajo la dirección de V. L. Lagutin comenzaron la restauración de la pintura mural.

En septiembre de 1991, el ejecutivo del Consejo Regional de Tula transfirió la catedral de la Asunción al uso gratuito de la administración diocesana de Tula para su uso conjunto con la sucursal del museo regional de historia local. En la década de 1990, no se realizaron trabajos de restauración del iconostasio debido a la falta de financiación, y desde 1996 se detuvo la financiación de la restauración de la pintura mural. En 2001, los especialistas del "Centro de Restauración" de Moscú reanudaron los trabajos. En 2000 y 2001, el restaurador A. Pyatin restauró parte de los marcos tallados de los íconos del iconostasio. El 8 de septiembre de 2005, se encendió por primera vez la iluminación de la catedral. En 2013, como parte de la restauración del Kremlin de Tula, también se renovó la catedral: se doraron las cúpulas y se pintaron las paredes de color gris. En la primavera de 2020, comenzó la restauración del interior del templo y de los frescos del siglo XVIII, que comenzaron a deteriorarse en 2006 debido a fuertes heladas y cambios de temperatura. También se está restaurando el iconostasio, que tiene aproximadamente 14 metros de altura y 22 metros de ancho, así como se están realizando otros trabajos necesarios, cuya finalización está prevista para octubre de 2021.