У 1748 році, за ініціативою козацької старшини і громадськості міста, прийняли рішення про спорудження кам'яного храму і 8 листопада 1748 року уклали договір з відомим на той час архітектором з Нової Сербії Стефаном Стабанским. У слідство різні організаційних і фінансових проблеми до роботи приступили лише в 1751 році. Через відсутність достатнього фінансування і інших причин, будівництво тривало аж до 1770 року. Це був перший кам'яний собор Полтави. Розміри його досягали 32 метрів в довжину і 17 метрів завширшки. Спорудження храму було двоповерховим в стилі візантійської базилики. Фасади прикрашали декоративні фронтони. Пізніше, майже через 10 років, в 1780 році храм був перебудований. Добудували ще два куполи над вівтарною частиною і храм став пятикупольним. На висоті другого поверху були улаштовані хори (до цього хори були усередині храму), для цього були обладнані сходи на хори і перебудована ризниця. Пів спочатку був зроблений з гончарної цеглини, згодом його замінили на чавун. У 1899-1900 роках було прийнято рішення про розширення собору. Добудована прибудова, хори перенесені західніше, храм став світліший, просторішим, площа виросла майже на 170 квадратних метрів, а над входом прибудували дві невеликі лазні і арочне перекриття, були демонтовані два стовпи, хори пересунули до західної стіни. У 1847 році після перенесення архієрейської кафедри з Переяслава в Полтаву, "градськийсобор" став кафедральним. Собор був обгороджений цегляним обгороджуванням з кованими гратами (до 1827 року обгороджування було дерев'яним). У соборі був улаштований четырехъярусный іконостас, величний, різьблений "уфранцузькомустилі". У соборі було п'ять престолів: головний - в ім'я першого Пречистого Пресвятої Богородиці; справа - престол апостолів Петра і Павла; ліворуч - престол пророка Іллі, які були освячені 17 вересня 1774 року. На хорах з правого боку - престол святого Архістратига Михайла, освячений 30 грудня 1776 року, наліво - престол святої великомучениці Варвари, освячений 10 червня 1777 року. Дзвіниця, яка мала висоту 44 метри, збереглася Божим промислом. Після руйнування собору в 1934 році вона стояла порожнечею. Під час війни з 1941 по 1946 рік в ній був відновлений храм Іоанна Предтечі, який діяв тут ще з 27 лютого в 1787 року - дня його освячення. Дзвіниця собору після війни довгий час стояла руїною, згодом в ній розміщувалися різні майстерні. На 1100-річчя Полтаві було вирішено реставрувати дзвіницю і обладнати в ній музей міста з оглядовим майданчиком на верхньому ярусі. Останнім часом в ній знайшла прописку виставка самодіяльних художників міста. Таким чином, дзвіниця збереглася аж до початку 90-х років, коли почалися процеси руйнування комуністичного режиму і стало можливим вільне релігійне життя. Рішення про відновлення собору приято в 1999 році, закінчено в 2005. Автор проекту В. Тригубов, він зберіг висоту собору - 44.07 м, але через нестачу фінансування його усунули від робіт і за проектом "Горстройпроекта" висота склала 37.5 метрів. Сім дзвонів відлили на ВАТ "Полтавськийтепловозоремонтныйзавод". Зараз Свято-успенський собор належить Українській Православній Церкві Київського Патріархату, не освячений, збереглася дзвіниця, освячена в 1787 році, в якій довгий час після руйнування церкви був влаштований храм.