В 1854 году настоятелем Свято-Троицкой церкви в Гельсингфорс был назначен иерей Николай Попов, 24-летний священник, только что окончивший Петербургскую Духовную академию. Поскольку Троицкая церковь была небольшой и в большие праздники даже не вмещала всех верующих, молодой священник поднял вопрос о строительстве новой церкви. Он обратился за помощью к генерал-губернатору графу Фёдору Бергу, который содействовал лютеранам и католикам в построении собственных церквей.
Генерал-губернатор не промедлил, и первый документ об Успенском соборе датирован мартом 1857 — в нём поднят вопрос о необходимости нового обширного православного храма который наружным благообразным великолепием и большею вместительностью соответствовал бы… общему усердию религиозному. В апреле 1859 года граф Берг уже просил у обер-прокурора Синода разрешения пригласить в Гельсингфорс для этой цели академика архитектуры Алексея Максимовича Горностаева, знакомого графу, вероятно, по работам на Валааме. Проект, составленный Степаном Барановским, (профессором Гельсингфорского университета), ему не понравился.
Горностаев приехал в Гельсингфорс летом 1859 года. Он определил скалистый холм на острове Скатудден (Катаянокка) как место для будущего храма. В том же году архитектор составил чертежи, которые 12 января 1860 года были Высочайше утверждены Императором Александром II. Обер-прокурор Синода граф Александр Толстой сообщил пожелание Императора Александра II освятить новый храм в честь Успения Пресвятой Богородицы с приделами во имя благоверного князя Александра Невского и святителя Николая Чудотворца, но храм в конечном итоге стал однопрестольным, так как места для приделов не хватило.
Осенью 1860 года с Горностаевым был заключён контракт. Начался сбор средств и пожертвований. На постройку Бергу удалось получить от Синода 15 тысяч рублей, к которым Император Александр II добавил 20 тысяч рублей. К началу работ общенародный сбор принёс 31 тысячу рублей, но газета «Северная почта» продолжала печатать о нём объявления. По Высочайшему повелению 25 тысяч рублей было отпущено из Капитула орденов, от московского купечества дано 20 тысяч. Наследник Цесаревич и Великий Князь Александр Александрович в ознаменование бракосочетания с Принцессой Дагмарой Датской (будущей Императрицей Марией Феодоровной) прислал 2 000 руб. Постройка собора обошлась в 223 тысячи рублей, и эта сумма была собрана с помощью добровольных пожертвований.
Торжественная закладка храма состоялась 15 августа 1862 в присутствии и при участии Великих Князей Алексея Александровича и Николая Константиновича, совершавших плавание по Балтийскому морю. Руководил стройкой сам Горностаев. Однако 18 декабря 1862 года он скончался в возрасте 54 лет. Строительство продолжил архитектор Иван Варнек (1819—1877), только что завершивший возведение собора в Свеаборге по чертежам Константина Тона. В проект Горностаева он не внёс изменений, только звонницу заменил колокольней.
Красный кирпич для строительства храма был доставлен в Хельсинки с Аландских островов из крепости Бомарсунд, разрушенной в 1854 году англо-французским флотом во время Крымской войны.
Иконостас собора был исполнен Павлом Саввичем Шильцовым (1820—1893), академиком Императорской Академии художеств. Особенностью иконостаса является то, что иконы выполнены не в традиционной для православия византийской манере, а в стиле художников эпохи Возрождения.
25 октября 1868 года состоялось освящение храма.
В 2018 году в Финляндии прошли различные мероприятия, посвящённые 150-летию собора. Кульминацией празднования юбилея стала неделя с 13 по 19 августа, в течение которой в соборе проходили концерты, лекции, службы и экскурсии; завершилась неделя праздничным богослужением в честь священномученика Александра Хотовицкого (1872—1937), настоятеля собора в 1914—1917 годах.
С начала 2018 года в соборе проходят работы в рамках реставрационного проекта по обновлению иконостаса и других вызолоченных деталей храма. Планируется, что мастера-позолотчики будут продолжать эти работы в течение семи лет.
В настоящее время собор относится к Хельсинкской митрополии Финляндской архиепископии Константинопольского Патриархата.