Предание рассказывает, как вся братия собралась вокруг места, назначенного для церкви, и Антоний, размерив ширину и длину храма поясом, принесенным Симоном от Богородицы, благословил это место и, подняв руки, громким голосом сказал: «Услышь о, Господи, услыши мене днесь огнем, да разумеют вси, яко Ты еси, хотяй сего», и упал огонь с неба, и пожег весь хворост и терние и истребил росу, и сделал углубление, подобное рву, на отмеренном месте. Все свидетели чуда пали от страха как мертвые. На этом месте и был заложен храм, в основание фундамента которого были положены мощи святых мучеников Артемия, Полиевкта, Леонтия, Акакия, Арефы, Иакова и Феодора, данные греко-византийским зодчим Богородицей в храме города Влахерна.
Возвышенно предание рассказывает и о таком чуде: когда иконописцы, в числе которых был тогда в учении и один из Печерских подвижников, преподобный Алипий, расписывали алтарь, то на виду у всех им явился дивный образ Божией Матери. Образ засиял необычайным светом, так что смотреть на него нельзя было, и все пали ниц. Когда, поднявшись, иконописцы стали опять всматриваться в этот дивный образ, то из уст изображенной на нем Матери Божией вылетел белый голубь и скрылся за иконой Спасителя. Затем вылетел из уст Спасителя и летал по церкви, подлетая к каждой иконе святых и садясь одному на руку, другому на голову, и потом залетел за икону Матери Божией. Иконописцы хотели поймать голубя, приставили лестницу, но, поднявшись по ней, ничего не нашли за иконою и затем, обыскав всю церковь, нигде голубя не нашли. Все стояли с устремленными взорами на икону, чудесно явившуюся в алтаре, и вдруг снова голубь вылетел из уст Матери Божией и полетел к образу Спасителя. Стоявшие внизу люди с криком: «Ловите его» – обратились к мастерам, работавшим наверху, те распростертыми руками окружили голубя, чтобы Его поймать, а Он снова влетел в уста Спасителя, и яркий свет опять осиял иконы, и бывшие здесь мастера пали ниц.
Окончив украшение храма иконами и живописью, иконописцы остались в Киево-Печерской обители, приняв иноческое пострижение, и так исполнилось предсказание, которое они слышали от иконы Богоматери: «Не уйдете оттуда, но, постригшись там, окончите свою жизнь».
Греческие мастера – и зодчие, и иконописцы, – потрудившиеся при создании Успенской церкви в Киево-Печерском монастыре, погребены в Ближних пещерах, где до сих пор лежат нетленными. Они положены в особом затворе рядом, один возле другого, между нетленно почивающими мощами преподобных Авраамия Затворника и Исаакия. В акафисте Двенадцати грекам, подарившим нам своими земными и духовными трудами Великую церковь, православные и сегодня поют (кондак, глас 4): «Радуйтеся, двоенадесятице честная, великия церкве Печерския здатели и ликов иноческих похвало и утверждение!»
В позднейшие времена Успенский собор неоднократно перестраивался. Сохранились гравюры 1661 и 1693 гг., свидетельствующие о значительных изменениях во внешнем виде храма. Немало бед наделал в храме пожар 1718 г., после чего в 1723–1729 гг. под руководством архитектора И. Каландина были проведены реставрационные работы. Собор приобрел черты южнорусского барокко, а его стены, апсиды, фронтоны главы куполов, окна и порталы украсились лепным орнаментом. Вместо прежнего одноглавия были устроены семь куполов, из которых центральный был вызолочен «через огонь», а главы остальных шести покрыты листовым червонным золотом. Барабан главного купола был расписан изображениями ветхозаветных царей и пророков. Наружная живопись собора последний раз обновлялась в 1824 г.
Все главные святыни лавры всегда хранились в Великой церкви.
Настенная живопись обновлялась и в конце XIX – начале XX в. Собор был расписан в каноничном духе группой иконописцев под руководством известного художника В.П. Верещагина. Сохранились (в 1949 г. возвращены из Германии) древние шиферные плиты XII в. с изображением сцен из античной мифологии, фрагменты мозаик.
С древних времен Успенский собор служил усыпальницей. В крипте собора были похоронены известный по летописям киевский воевода XI в. Ян Вышата и сестра Владимира Мономаха легендарная Евпраксия – былинная «Апракса-королевишна», жена германского императора Генриха IV. Здесь находились гробницы князей Скиргайло, Острожских, Олельковичей, Вишневецких, Тышкевичей, украинских церковных деятелей и просветителей Е. Плетенецкого, З. Копыстенского, митрополита Петра Могилы, ректора Киево-Могилянской академии И. Гизеля. У восточной стены собора в 1632 г. был погребен П. Берында – ученый, поэт, составивший «Лексикон славеноросский и имен толкование». Здесь же, в Успенском соборе, был похоронен выдающийся русский полководец фельдмаршал П.А. Румянцев-Задунайский. На его могиле было установлено надгробие работы скульптора И.П. Мартоса. После взрыва 1943 г. ничего не уцелело, лишь сохранилась могила погребенного у стен собора, ближе к Трапезной церкви, выдающегося государственного деятеля России П.А. Столыпина.
