В 1997 г. город Астана становится столицей Республики Казахстан, в связи с чем, назревает необходимость строительства вместительного кафедрального храма. В 2004 г. с назначением на Астанайскую и Алматинскую кафедру митрополита Мефодия (ныне митрополит Пермский и Соликамский) начались проектно-изыскательские работы. В январе 2006 г. состоялась закладка камня и освящение фундаментной плиты строящегося кафедрального собора. На Пасху 2006 г. в строящемся Свято-Успенском кафедральном соборе совершено первое богослужение. В 2007 отлиты и привезены колокола в составе полной звонницы. В августе 2009 г. митрополит Астанайский и Алматинский Мефодий совершил освящение пяти куполов и крестов собора. 17 января 2010 г. собор освящен Святейшим Патриархом Кириллом в ходе его первосвятительского визита в Республику Казахстан.