Прежде на месте собора в 1602 г. был построен деревянный храм, который с течением времени пришёл в ветхость. Митрополит Сампсо́н взялся за строительство нового – каменного собора. В качестве архитектора взяли крестьянина Дорофея Мякишева. Основные каменные работы по возведению собора завершились к 1710 г., и верхний, главный храм, был освящён 14 августа 1710 г.
После сооружения собора его нижний храм стал усыпальницей астраханских иерархов. Именно сюда были перенесены останки всех прежних митрополитов и епископов, среди которых яркие исторические личности: первый астраханский архиерей Феодосий, священомученик, митрополит Астраханский Иосиф и другие. В нижнем храме собора нашли своё последнее пристанище и грузинские цари – Вахтанг VI и Теймураз II.
Собор выполнен в стиле московского барокко и является одним из лучших памятников этого стиля. Возведён он в традициях древнерусской архитектуры и имеет правильную кубическую форму. Венчают собор пять позолоченных глав с крестами на небольших, деревянных барабанах. Собор имеет два этажа и состоит из двух храмов, верхнего – Успенского и нижнего – во имя Сретения Владимирской иконы Божьей Матери. Расположение нижнего храма одинаково с верхним. С момента своего создания в архитектурном отношении храм дошёл до нас практически в первозданном виде за исключением нескольких деталей.
Астраханский Успенский собор по подобию Успенского собора Московского Кремля возводился как духовное сосредоточие и украшение города. До самого закрытия в 1928 г. в нем хранились самые главные святыни Астраханской епархии, в том числе копия древней чудотворной Владимирской иконы, пребывавшей в Успенском соборе Московского Кремля. Она была прислана царем Иоанном Грозным из «своих царских чертогов» в благословение городу Астрахани, только что присоединенному под державу московских государей.
Во время Гражданской войны 1918 – 1921 гг. посещения Успенского собора были ограничены, богослужения запрещены. В 1922 г. в Астрахани началась компания по изъятию церковных ценностей. В 1923 г. собор был захвачен обновленцами и с этого времени он пришел в запустение.
В 1928 г. святыню закрыли. В 1931 г. особой комиссией было принято решение о разборке иконостаса верхнего храма и иконостаса нижнего храма. В 1958 г. Успенский собор перешел в ведение Управления культуры Астраханского облисполкома.
В 1969 г. была создана Астраханская специальная научно-реставрационная мастерская объединения «Реставрация», главным архитектором которой был назначен А.В. Воробьев. Под его руководством началась реставрация собора.
В ноябре 1974 г. Успенский собор перешел в ведение Краеведческого музея, а в 1992 г. возвращен церкви. Освящение храма состоялось во время визита в Астрахань патриарха Московского и Всея Руси Алексея II.
Нижний и верхний храмы собора соединены между собою широкой двухмаршевой лестницей. Она ведет астраханцев и гостей города на белокаменную обходную галерею второго этажа, а также поднимается на кружало – Лобное место.
Успенский собор – единственный из сохранившихся в России архитектурных храмовых комплексов, где и храм, и Лобное место являют собою неразрывную связь. В его круглом объеме была оборудована Судная палата, ниже – подвал для заключенных под стражу.
Это было связано с учреждением в нашем крае в начале XVII в. Астраханского судного Духовного приказа как органа управления и суда на территории епархии. Его непосредственным главой был архиерей, который, в свою очередь, был подотчётен патриарху.
