Собор расположен в историческом центре Витебска по улице Крылова, 9.

Каменный Успенский храм был построен в 1743–1785 гг. монахами базилианского ордена на месте деревянной церкви во имя Пресвятой Богородицы. Автором проекта в стиле позднего барокко стал архитектор Иосиф Фонтана. В 1799 году храм был передан православным и вскоре перестроен в стиле классицизма. На протяжении многих лет гигантский собор служил визитной карточкой Витебска.

После революции храм закрыли и в 1936 году взорвали. Воссоздан в начале XXI века по инициативе православной церкви. 

Свято-Успенский кафедральный собор в Витебске – один из уникальных храмов Беларуси, построенный в живописном уголке города - на высоком берегу Западной Двины. Раньше на этом месте стояла старинная церковь, разрушенная в советское время. Но в начале XXI века храм воскрес. Сегодня это единственный собор в Витебске, нижний действующий ярус которого находится под землей.

Собор возрожден в полном соответствии с первоначальным проектом итальянца Иосифа Фантана, образцом которому послужила римская церковь Сан-Карло-аль-Корсо в стиле зрелого барокко.