Нынешнее здание Успенского собора было построено в 1677-1740 годах. Он сооружён на Соборной горе на месте одноимённой церкви, заложенной по распоряжению Владимира Мономаха в 1101 году.
Кафедральный собор Смоленской епархии Русской православной церкви является своеобразным памятником героической обороне города в 1609-1611 годах. Тогда его последние защитники взорвали запасы взрывчатки неподалёку от соборного холма, и часть церкви рухнула. Под завалами погибло много детей и женщин. Поляки восстановили церковь и открыли в ней костёл. В 1674-1675 годах, после освобождения Смоленска, старую церковь разобрали.
Зодчий Алексей Корольков увеличил размеры Успенского собора и допустил отступления от его проекта, из-за чего апсиды отошли от основного объёма. Строительство храма закончилось в 1740 году, спустя 21 год обвалились западные и центральная главы церкви. Верх храма был перестроен в 1767-1772 годах, архитектор П. Обухов оставил традиционное пятиглавие.
Во время Отечественной войны 1812 года здание не пострадало: Наполеон был настолько поражён его величием, что повелел поставить стражу для охраны церкви. Генерал-полковник вермахта Гейнц Гудериан после вступления фашистских войск в Смоленск ознакомился с Успенским собором, который обнаружил невредимым.
До 1941 года в храме хранился первообраз Смоленской иконы Божией Матери, бесследно пропавший после оккупации. После Великой Отечественной войны пропало и копьё святого Меркурия, хранившееся в церкви. Сейчас в соборе выставлены мощи святого мученика Меркурия Смоленского.
