Церковь известна с XIV века. По одной из версий, название церкви связано с расположенным вокруг неё кладбищем, однако это маловероятно - до XVIII века кладбища существовали при большинстве приходских храмов Москвы. Иногда с кладбищем связывают старое название Пречистенского переулка — Мёртвый. Однако и эта гипотеза опровергается: название переулка, скорее всего, произошло от фамилии местного домовладельца - дворянина Мертваго (также выдвигается версия о том, что во время чумы 1770-1771 года, бушевавшей в Москве, в этом переулке умерли все жители, в то время как в соседнем, Чистом переулке, напротив, люди выжили). Наиболее вероятно, что наименование церкви "на Могильцах" произошло от холмистой местности, на которой она была первоначально выстроена, такие места назывались «могилистыми» или «могильцами». Первое упоминание деревянного храма относится к 1560 году. Точной даты, когда на месте деревянной церкви воздвигли каменную, установить не удалось: по одной из версий, это произошло в 1566 году, по другой, строительство происходило при царе Алексее Михайловиче. В некоторых исследованиях отмечают, что возможно в 1653 году церковь была построена не целиком, а к уже существующей каменной церкви были пристроены колокольня и притвор с приделом во имя Николая Чудотворца. Придел во имя святителя Спиридона строят в 1750 году. Старое здание церкви разбирают в 1791 году и тогда же начинают строить новое здание по проекту архитектора Леграна. Иконостас был исполнен в 1861 году по проекту архитектора Г. И. Букина. В 1899 храм был обновлён. Храм Успения Пресвятой Богородицы дважды упоминается на страницах произведений Л.Н. Толстого: в романе "Война и мир" сюда по приглашению Марьи Дмитриевны Ахросимовой приходят Наташа Ростова и Соня, жившие некоторое время в её доме в Чистом (в то время - Обуховом) переулке. А в романе "Анна Каренина" в церкви Успения на Могильцах венчаются Левин и Китти Щербацкая. Храм был закрыт 12 июля 1932 года, в здании разместилось Московское монтажное управление Минмонтажспецстроя. Были срезаны главы и барабаны, снесена ограда, сделаны пристройки, коллонада застроена, в полукруглой нише пробиты два окна. Храм передан Русской православной церкви 25 декабря 2000 года, освящение прошло 20 мая 2001 года, после чего начались реставрационные работы. В 2014 году была восстановлена глава на куполе церкви, ещё ранее появились кресты на колокольнях, ниша восстановлена в первозданном виде.