Les historiens locaux de Kostroma ont longtemps cru que le kremlin existait à son emplacement actuel déjà durant la période de la principauté féodale. Cependant, des recherches archéologiques ont montré que la ville était à l'origine située à l'embouchure de la rivière Sula, en amont de la Volga. Les fortifications en bois de la ville étaient souvent sujettes à des incendies et aux attaques des varègues novgorodiens. Après sa destruction en 1416, le kremlin a été déplacé à un endroit plus élevé. C'est probablement à ce moment-là que la cathédrale de la ville a changé de nom, passant de la cathédrale Théodorov à la cathédrale de l'Assomption.

La première construction en pierre du kremlin et de toute la ville, la cathédrale de l'Assomption, est apparue au début du règne d'Ivan le Terrible. Au XVIIe siècle, grâce au respect particulier des Romanov pour l'icône de la Mère de Dieu de Théodorov, la cathédrale a été agrandie, avec l'ajout d'une chapelle de Théodorov. Selon le plan du kremlin de 1678, il était entouré d'un mur en bois avec de nombreuses tours : Chudov, Tainichnaya, Nauglaya, Vodnaya, Voznesenskaya, Bogoslovskaya, Ilyinskaya, Voskresenskaya, Spasskaya et Prechistenskaya. Plus près de la Volga se trouvait le monastère de Zdvizhensky avec son église à bulbe. Dans les anciennes descriptions, on mentionne également l'église de la Trinité et l'église de la Louange de la Mère de Dieu.

L'incendie de 1773 a détruit le monastère de Zdvizhensky et le clocher à bulbe de la cathédrale. La cathédrale de l'Assomption a été restaurée, et à l'emplacement du monastère, un nouveau temple de l'Épiphanie a été construit selon le projet de S. A. Vorotilov dans le style du baroque tardif, avec une crypte épiscopale. La construction dans le kremlin a continué jusqu'en 1791. À cette époque, une nouvelle entrée sous forme de Portes Triomphales a été aménagée, et un clocher de 64 mètres a été érigé, devenant la dominante architecturale de Kostroma avant la révolution. Les fortifications de la vieille et de la nouvelle ville ont été démantelées, et les fossés ont été comblés aux XVIIIe et XIXe siècles. Jusqu'à nos jours, il ne reste que des vestiges de la digue orientale de la vieille ville et des pentes de la terrasse supérieure. En 1922, les temples du kremlin ont été remis aux rénovateurs, en 1929, ils ont été fermés, et en 1934, ils ont été démolis. À l'emplacement du complexe temple dans le centre historique de Kostroma, un parc a été aménagé, dont le centre est devenu le monument à V. I. Lénine. Ce dernier a été installé sur un piédestal préparé en 1913 pour un monument à l'occasion du 300e anniversaire de la dynastie des Romanov. Le monument domine encore cette partie de la ville.

Aujourd'hui, sur le territoire de l'ancien kremlin de Kostroma se trouve le Parc Central de la Culture et des Loisirs, un lieu populaire pour les promenades des habitants et des visiteurs de la ville. En 2016, la restauration des cathédrales détruites a commencé, et l'achèvement des travaux est prévu pour la fin de l'année 2020.