Заложен 5 июля 1898 года, освящён в октябре-ноябре 1903 года. Строился на личные пожертвования в главном служилых казаков и членов их семей, прихожан старенького Успенского собора Бийска. Более 5 тыщ рублей пожертвовал городской голова, негоциант и церковный предводитель Миша Савельевич Сычёв.
В 1932 году Успенский храм был закрыт и адаптирован под зернохранилище. В 1947 году церковь вновь была открыта. К этому моменту здание находилось в очень плачевном состоянии: кресты отсутствовали, обрешётки куполов сгнили, покрытие их местами провалилось, стенная штукатурка осыпалась, снутри колокольни был большой слой помёта птиц, облюбовавших её в период, когда там хранилось зерно. Но несущие конструкции фактически не пострадали. В 1950-е — 1980-е годы на пожертвования прихожан велось восстановление строения.
В 1994 году по указу Преосвященнейшего епископа Барнаульского и Алтайского Антония Успенский храм стал именоваться собором, а в 1998 получил статус кафедрального.
Стиль — псевдорусский (византийский), материал — красноватый кирпич, внешние стенки белоснежного цвета.
Здание собора является монументом архитектуры XIX века.
