Uspenskin katedraalin rakentamisen aikaan, 1800-luvulla, Suomi kuului autonomisena suuriruhtinaskuntana Venäjän keisarikuntaan. Vuonna 1827 perustettu Helsingin ortodoksinen seurakunta tarvitsi aiempaa suuremman kirkon kasvavalle ortodoksiselle väestölle.  Uspenskin katedraalin rakentaminen rahoitettiin pitkälti seurakuntalaisten ja yksittäisten lahjoittajien turvin.

Arkkitehti A.M. Gornostajev suunnitteli katedraalin vuosina 1859–1860 ja johti aluksi itse rakennustyötä. Gornostajevin kuoltua vuonna 1862, hänen työtään jatkamaan valittiin arkkitehti Ivan Varnek.

Uspenskin katedraalin suunnitteleminen ja rakentaminen kesti kaikkiaan 9 vuotta. Rakennustiilet tuotiin Krimin sodan aikana tuhoutuneesta Bomarsundin linnakkeesta Ahvenanmaalta.

Kirkon ikonostaasin on maalannut venäläinen taitelija-akateemikko Pavel S. Šiltsov. Ikonostaasissa yhdistyvät klassiset ainekset ja venäläisbysanttilaiset koristeaiheet.

Uspenskin katedraali vihittiin käyttöön 25. lokakuuta 1868. Keisari Aleksanteri II:n toiveesta kirkko pyhitettiin Jumalanäidin kuolonuneen nukkumisen – uspenien – muistolle.

Rauhan kappeli

Uspenskin katedraalin edustalle rakennettiin Haminan rauhan satavuotispäivän muistoksi Rauhan kappeli, joka valmistui vuonna 1913. Kappeli purettiin kuitenkin sisäministeriön käskystä jo vuonna 1920. Uspenskin katedraalissa on kappelista muistona Kristuksen syntymää esittävä ikoni.