La construcción de la nueva iglesia comenzó en 1877 en el lugar de la antigua iglesia de Panteleimon, que había sido erigida en 1871 cerca del cementerio del hospital en Tashkent. El financiamiento de la construcción se llevó a cabo gracias a las donaciones de los ciudadanos. Entre ellos se encontraba el gobernador general de Turkestán, K. P. von Kaufman, quien donó 3000 rublos. La mayor suma fue aportada por el comerciante de primera guilda de Tashkent, Dmitry Zaho, quien luego sirvió como anciano de la iglesia durante 15 años.

La construcción se completó en 1878, y el 31 de enero de 1879, la iglesia fue consagrada en honor al gran mártir y sanador Panteleimon.

En 1922, la parroquia, al igual que muchas otras en Asia Central, pasó a estar bajo la administración del Sínodo Renovacionista de la Iglesia Ortodoxa Rusa. En 1933, la iglesia fue cerrada para los servicios religiosos, y hasta 1945, su edificio albergó un almacén sanitario del Distrito Militar de Asia Central. En diciembre de 1945, la iglesia fue devuelta a los fieles y nuevamente consagrada en honor a la Asunción de la Santísima Virgen María, obteniendo el estatus de catedral de la diócesis de Tashkent. En 1958 y 1960, bajo el obispo Ermogén (Golubev), el edificio fue reconstruido y significativamente ampliado.

A principios de la década de 1990, se renovó el campanario y las cúpulas de la catedral, se amplió y mejoró el área circundante, y la decoración interior se volvió más rica. El 10 de noviembre de 1996, el patriarca de Moscú y de toda Rusia, Alexio II, celebró un servicio en la catedral durante su visita a Tashkent.

En 2014, se tomó la decisión de construir en la catedral un templo adicional de Lucas para la celebración de los funerales.