Успенский собор Свято-Троицкой Сергиевой Лавры был построен при царе Иоанне Грозном и его сыне Феодоре (1559 - 1585 гг.) по образу одноименного собора в Московском Кремле, но превосходит его по размерам. В длину со стенами он составляет более 40 м, в ширину около 28 м, а в вышину более 21 метра. Это самый большой храм Лавры. Своды с пятью барабанами поддерживают шесть массивных столбов-опор. В отличие от Успенского собора в Кремле они не круглые, а традиционной для Руси квадратной формы. Собор полностью сложен из кирпича.
Стены, своды и пилоны Успенского собора покрыты росписью на сюжеты Священной Истории. На многих фресках изображены события, связанные с Успением Пресвятой Богородицы. Столпы украшены изображениями чтимых святых. Великолепная фресковая живопись выполнена под стать величию Успенского собора ярославскими и местными иконописцами во второй половине XVII в. Общая площадь фресок составляет более 500 кв. м. В середине XIX в. палехский иконописец Н.Д. Сафонов поновлял храмовые росписи.
Огромный пятиярусный иконостас состоит из 76 икон XVI-XVII в. В его создании принимал участие царский изограф Симон Ушаков. Два прекрасных бронзовых паникадила были сделаны в XVII веке мастерами Московской оружейной палаты.
Успенский собор имеет пять глав. Средняя из них покрыта позолотой, другие - голубой краской и украшены медными золочеными звездами. До середины XVIII века главы собора были шлемовидные, впоследствии они получили нынешнюю форму маковок.