Успенський собор став першою кам’яною спорудою Києво-Печерського монастиря. Закладений у 1073 році, він був зведений протягом трьох будівельних сезонів у 1075— 1077 роках, будівництво завершилось З липня 1077 року, а 14 серпня 1089 року собор освятили. Собор являв собою трьохнавний шестистовпний однобанний хрестовокупольний храм, яскраво оздоблений всередині. План собору мав форму витягнутого зі сходу на захід прямокутника розміром 32,4 х 21,6 метра, з трьома напівкруглими виступами (апсидами) з східного боку. Внутрішній простір поділявся трьома парами стовпів на три повздовжні і чотири поперечні частини, що відповідало членуванню зовнішніх стін споруди пілястрами. Стовпи з’єднувалися між собою і з стінами за допомогою підпружних арок, на які спиралися склепіння і барабан бані. Висота собору в центральній частині досягала 43 метрів.

На думку дослідника К. В. Шероцького, «бічні апсиди спочатку були дещо нижчими, а тепер надбудовано до висоти середньої апсиди; під дахом сівши. апсиди зберігся слід древньої конхи, над якою помітна також зубчаста арка, що над вікнами купола; апсиди прикрашені тепер багатими карнизами, ліпним орнаментальними фризами і суцільно заліплені візерунками … головна апсида в давнину мала рельєфні зображення Богородиці і стоять по її сторонам Архангелів … в верху стародавні – середня глава і купол над Предтеченський боковим вівтарем ». «У північно-західному бокового вівтаря всю старовинну церкву Предтечі тепер Займає один вівтар; в ньому 4 стовпа … і три апсідки … з хор Великої церкви сюди веде стародавня двері; в східній стіні в верхніх частинах апсид пробиті входи в боковий вівтар Преображення; знизу вела сюди сходи, що нині перебуває під підлогою; на західній і південній стінах видно забиті вікна; в вітрилах – голосники, тобто глечики для кращого резонансу і для полегшення ваги купола ».

У 1082-1089 роках інтер’єр храму розписали фресками і прикрасии мозаїкою, підлога, поручні були з червоного шиферу. Крім грецьких майстрів, живописні роботи в соборі виконував і молодий тоді київський іконописець Алімпій. Правда, при дослідженні інтер’єру Успенського собору наприкінці XIX ст. ніяких слідів фресок або мозаїк не знайшли, цілком імовірно, що після пожеж 1718 року весь тиньк був замінений новим. Іконостас мав вигляд мармурової різьбленої перегородки. Успенський собор став зразком, за яким протягом багатьох років споруджувалися храми на Русі. Так, в Києві саме за цим зразком було зведено собор Михайлівського Золотоверхого монастиря.