Успенский кафедральный собор считается древнейшим храмом Успенского монастыря, дату основания которого относят к 40-х годам XVII столетия. Точное время появления первого храма, посвященного Успению Пресвятой Богородицы, неизвестно, упоминание о нем встречается в документах XVIII века. Известно, что на этом месте стояла каменная двухэтажная церковь. На нижнем церковном этаже был придел Николая Чудотворца и престол иконы Божьей Матери. На втором этаже располагался престол в честь Успения Богородицы и придел Прп. Александра Свирского. Со временем церковь совсем обветшала, просела в грунте, дождевые стоки заливали нижний этаж, особенно весной и осенью. По этим причинам в 1791 году церковь была разобрана и уже через год здесь построили новую церковь, средства на которую были выделены «от Государственной казны» по распоряжению Екатерины II.
Строительством руководил тульский губернатор А.И.Лопухин. Новый одноэтажный храм имел два придела, посвященные прп. Александру Свирскомиконе и иконе «Неопалимая Купина», и престол в честь Успения Богородицы. При игуменье Клавдии, в середине девятнадцатого столетия, храм был значительно расширен.
С каждым годом храм все больше ветшал и в 1898 г. он был полностью разобран и на его месте в течение четырех лет при игуменьях Агнии и Магдалине был возведен прекрасный двухэтажный храм, освященный 24.10.1902 года. На нижнем этаже располагались два алтаря, посвященные Великомученику Пантелеймону и Св. Марии Магдалине. На верхнем этаже был престол во имя Успения Божией Матери и два придела во имя Прп. Александра Свирского и «Неопалимой Купины». Здесь же была погребена игуменья Агния, причастная к возведению храма. Собор был построен из темно-красного кирпича. Венчали собор массивные черные купола с коваными крестами и полумесяцами. Из-за цвета куполов в народе ее называют «Черная церковь». Архитектурным стилем собора считается псевдорусский, хотя он значительно отличается от первоначального проекта. В 1909 году мастера расписали собор изнутри. Снаружи собор был расписан частично. Среди росписей пять сюжетов были точными копиями росписей В.М.Васнецова, сделанных им во Владимире в Киевском соборе. Вероятно, мастера ранее работали с гениальным художником, были знакомы с техникой его росписи. Самобытностью, яркостью красок выделяются не имеющие аналогов орнаменты, составленные также в стиле Васнецова.
После революции храм был закрыт, в 30-х годах прошедшего столетия его пытались взорвать, но стены храма оказались настолько прочными, что разрушить его не удалось. С храма были сняты купола, в самом здании долгие годы находился филиал Госархива. В конце 90-х была достигнута договоренность о передаче храма Церкви. Была произведена реконструкция здания, укреплен его фундамент, восстановлены необходимые коммуникации, оштукатурен первый этаж, установлены купола. Передача храма общине верующих затянулась еще на несколько лет, пока архив не переехал в новое здание. 8.09.2006 г., в день 860-летия Тулы, храм был передан Тульской епархии, он становится кафедральным собором. В нем начались регулярные богослужения. Расположенная на главной площади Тулы, «Черная церковь» словно магнитом притягивает к себе многочисленных туристов и гостей этого древнего города. Приезжие могут снять квартиру на сутки в Туле по самым демократичным ценам. 24.01.2007 г. был освящен престол отреставрированного первого этажа. Из Всехсвятского кафедрального собора были перенесены мощи св. блаж. Иоанна Тульского, позже, ковчег с частицей св. мощей Илариона Троицкого. С 2010 г. велись работы по реставрации 2-го этажа Успенского кафедрального собора, которые были завершены в 2012 году. После этого был освящен и верхний этаж собора.
