Храм в честь Успения Пресвятой Богородицы был построен на территории Верх-Исетского завода на месте деревянной церкви, которая была заложена в 1761 году. В 1838 году был освящён пятиглавый храм с высокой колокольней, выполненный в классическом стиле. В 1912 году Священный Синод присвоил ему статус собора.
В 1930 году, в рамках кампании по закрытию церквей, Успенский собор был упразднён. Здание лишилось колокольни и малых куполов. В 1940-х годах его перестроили под хлебозавод.