Костёл Успения Девы Марии находится на территории, которая в середине XIX века являлась частью усадьбы Г. Р. Державина. В 1846 году у его наследников усадьбу выкупила католическая община и открыла в ней Римско-католическую духовную коллегию. Спустя три года сюда по предложению Николая I перевели Духовную академию. Тогда и возник вопрос о строительстве здесь кафедрального католического собора.
Закладка храма состоялась 2 августа 1870 года. В марте 1873 года Александр II подписал указ о переводе в столицу капитула и консистории Могилёвской архиепархии, в состав которого входил Петербург.
Проект костёла составил архитектор Василий Иванович Собольщиков. После его смерти строительством руководил академик архитектуры Евграф Сергеевич Воротилов. Собор во имя Успения Пресвятой Богородицы был освящён 12 апреля 1873 года архиепископом Антонием Фиалковским. В 1876 году в него были перенесены частицы мощей апостолов Фаддея, Казимира, Иоанна Кентского и некоторых других.
Храм имел в плане форму латинского креста и соединялся со зданием Епархиального управления.
Костёл Успения Девы Марии посещали католики, работающие на предприятиях в окрестностях Обводного канала, студенты институтов и военнослужащие Измайловского полка. Когда места для всех стало не хватать, вместимость храма увеличили с 750 до 1 000 человек. Ещё одно расширение здания предлагал в начале ХХ века архитектор Лев Шишко, но это не было реализовано из-за недостатка средств.
В 1918 году Духовная семинария была закрыта. Здание передали в жилой фонд. Несмотря на активное сопротивление прихожан, церковь Успения Пресвятой Богородицы закрыли, священников арестовали. Спустя год прихожане добились открытия храма, но в 1930 году его закрыли окончательно.
В годы Великой Отечественной войны здание пострадало от бомбёжек. После его передали конструкторскому бюро. Здание было перепланировано: дополнительными перегородками создали новые помещения, пробили новые окна. Позже планировалось отдать бывший собор в аренду банку.
Восстановление храма началось в 1995 году. После реставрации здания в 1997 году его заново освятили, в нём возобновились богослужения. Через несколько месяцев сюда торжественно перенесли частицы мощей апостолов Петра, Иоанна, Фаддея, Андрея и Павла, а также святых Адальберта и Зенона.
