Храм построен из белого камня в сочетании с кирпичом. Из кирпича выложены своды, барабаны, восточная стена над алтарными апсидами, скрытые алтарной преградой восточные квадратные столпы. Круглые столпы также выполнены из кирпича. Но всё было облицовано белым камнем.
20 августа 1479 года митрополит Геронтий совершил освящение храма.
Успенский собор – это трёхнефный пятиглавый храм. Мощные и точные пропорции придают ему величественность и монументальность. Его отличает и особая монолитность: все членения равны по размерам, алтарные апсиды уплощены и скрыты массивными лопатками, крупные главы сближены.
С несколько суровым обликом фасадов контрастирует просторный интерьер с шестью тонкими высокими столпами. Они не стесняют пространство, но создают впечатление огромного дворцового зала. Гладь стен лишь подчеркивают узкие щелевидные окна и небольшой фриз. Летописи отмечали, что здание смотрится «как един камень». Современники были поражены «величеством и высотою, и светлостью и пространством» собора.
Кстати, Успенский собор, главный храм Московского государства, до конца XVII века служил образцом при строительстве многих соборов в городах и монастырях Руси.
Для росписи первопрестольного храма привлекались лучшие мастера. На алтарной преграде сохранились древнейшие фрески Московского Кремля – изображения монахов-подвижников. Эти фрески исполнены в 1481 году артелью великого иконописца Дионисия.
Современный облик собора определяют росписи 1642–1643 годов и грандиозный иконостас. Расписывали храм 150 художников во главе с царскими изографами Иваном и Борисом Паисеиными и Сидором Поспеевым. Иконостас был создан по инициативе патриарха Никона в 1653 году.
Темы росписи определило посвящение храма празднику Успения Пресвятой Богородицы. Живопись второго сверху яруса на южной и северной стенах повествует о чудесном рождении Девы Марии и её детстве. Следующий ряд занимают иллюстрации Акафиста – гимна в честь Богоматери. Интересная особенность росписи – изображение Вселенских соборов в нижних ярусах стен. На западной стене храма традиционно расположена композиция Страшного суда.
Архитектура и стенопись храма призваны создать образ космоса. Своды собора символизируют небо, которое поддерживают столпы собора.
Главный вход в храм расположен со стороны соборной площади. Широкая лестница завершается порталом из трёх полукруглых арок. Вход в здание как бы охраняют архангел Михаил и ангел-хранитель. Выше в арки вписаны фигуры святых. Над ними – изображение Богоматери с Младенцем.
Собрание икон XI–XVII веков в Успенском соборе является одним из самых богатых в мире. Большинство их было написано в Москве для соборов XIV и XV веков, другие были привезены в Москву из древних городов в период собирания русских земель. Среди наиболее ценных икон собора – двусторонняя «Богоматерь Одигитрия» и «Святой Георгий», «Спас Ярое око», «Троица», два списка Владимирской иконы Божией Матери.
Перед иконостасом стоят моленные места царя, царицы и патриарха.
В храме находится так называемый Мономахов трон. «Трон» – это моленное место, созданное в 1551 году для царя Ивана Грозного. Его исполнителями были, как считают специалисты, новгородские резчики. Здесь представлены различные мотивы и приемы резьбы, когда-то широко распространенной на Руси. В основании помещены четыре круглые скульптуры – изображения фантастических хищных зверей. В двенадцати барельефах на стенках иллюстрировано «Сказание о князьях владимирских», повествующее о привозе на Русь из Византии царских регалий – шапки Мономаха, барм (парадного оплечья) и других предметов.
С 1326 года, когда в храме был погребён святитель Пётр, и до 1700 года собор служил усыпальницей предстоятелей Русской Церкви – митрополитов и патриархов. Всего в соборе девятнадцать гробниц, расположенных вдоль стен собора. Мощи московских чудотворцев Петра, Ионы, Филиппа и Ермогена покоятся в мощехранительницах. Это деревянные, украшенные металлическими пластинами раки.
Во время Отечественной войны 1812 года собор был разграблен наполеоновскими войсками. Из части серебра, отбитого у французов русскими казаками, была выкована великолепная люстра, которая сейчас висит в центре собора.
Древнейший памятник прикладного искусства в соборе – его южные двери, которые привезены в Москву из суздальского собора и относятся к началу XV века. На них золотом по чёрному лаку написаны двадцать изображений на библейские темы.