Церковь входит в состав ансамбля Димитриевских церквей, состоящего из пятиглавого холодного храма с главным престолом во имя Димитрия Прилуцкого и теплого храма Успения Пресвятой Богородицы с колокольней. Участок левого берега реки Вологды, где располагается комплекс Димитриевских церквей, известен под именем «Наволок» – так издревле называли низменные прибрежные места, куда при разливах реки наносился ил. Отсюда – дополнение к названию церкви.
Теплая церковь была основана одновременно с холодной Димитриевской. Основание церкви на Наволоке описано в житии Димитрия Прилуцкого. Согласно преданию, Димитрий, оказавшись в конце XIV в. в Вологде, некоторое время жил в доме мастера кожевенных дел, а затем переселился в село Выпрягово, возле которого основал обитель (ныне Спасо-Прилуцкий монастырь). После смерти преподобного хозяин дома, где он останавливался, заложил в его память часовню. Когда же Димитрий был причислен к лику святых, на этом месте возвели деревянный храм.
Деревянный теплый храм сначала был освящен во имя святого князя Феодора и его чад Давида и Константина. В писцовой книге Вологды 1627/28 г. сказано: «Церковь преподобного Феодора и чад ево Давыда и Константина, Смоленских и Ярославских чюдотворцев, древяна клетцки с трапезою, а в церкви Божие милосердие образы, и свечи, и книги, и ризы, и на колокольнице колокола и всякое церковное строенье приходных людей» (см. список с писцовой книги города Вологды, сделанный в 1629 г., с.153).
Первоначально каменный теплый храм Успения Пресвятой Богородицы на Наволоке был построен в одной связи с храмом Димитрия Прилуцкого, у его северной стены, в 1710–1711 гг. или чуть позднее (Суворов, с.341). В 1750-х годах этот придел разобрали и на средства купца Афанасия Алексеевича Рыбникова (Суворов, с.341, 345) возвели отдельно стоящую теплую церковь: «...церковь каменная Всех святых, с приделом Феодора и чад его Давыда и Константина, Смоленских и Ярославских чудотворцев, зачата строить наместо деревянной в 1757-м, а окончена и освящена в 1759-м годех» (ВГИАХМЗ. Ф.2. Оп.1. Д.73. Л.121). В учетно-охранной документации на памятник истории и культуры церковь датирована 1750 г. – в этом году, возможно, было дано благословение на начало ее строительства.
В 1836 г. после капитального ремонта, осуществленного на средства купца А. И. Витушечникова, церковь была переосвящена. Как пишет Н.И.Суворов, переименованию главного престола теплого храма предшествовали тревожные события 1830–1831 гг., когда в Вологде свирепствовала необычайно сильная эпидемия холеры. Отчаявшись найти спасение от болезни врачебными средствами, горожане решили обратиться с молитвой к Божией Матери и принести ее почитаемые чудотворными иконы: одну, Успения Богоматери, – из Семигородней пустыни и другую, именуемую «Семистрельной», – из пригородной Иоанно-Богословской церкви. Путь от Семигородней пустыни до Вологды протяженностью в 70 верст был преодолен пешком, а почитаемый образ несли на руках. Встреча иконы вологжанами произошла в версте от Прилук. Первыми ее приняли вологодский губернатор Н.П.Брусилов и архимандрит Спасо-Прилуцкого монастыря Евтихиан с братией. Здесь же, в монастыре, был отслужен и первый молебен. Принесение чудотворных икон, как считали современники тех событий, помогло значительно ослабить, а затем и прекратить эпидемию. В память о чудесном избавлении от эпидемии городской голова купец А.О.Витушечников испросил через преосвященного Стефана, епископа Вологодского и Устюжского, у Святейшего Синода дозволение снять точные копии чудотворных икон Богородицы и разместить их в иконостасе теплого храма с переосвящением его в честь Успения Пресвятой Богородицы. С тех пор 21 июля ежегодно при церкви совершалось празднование в память о принесении святых икон и избавлении жителей Вологды от смертельной опасности (Суворов, с.345–346). Помимо главного, в церкви имелся престол во имя благоверного князя Феодора Смоленского и чад его Константина и Давида, Ярославских чудотворцев.
Церковь Успения Божией Матери была закрыта 6 марта 1930 г. Здание было передано военному ведомству, которое долгое время использовало его в качестве склада. Церковь возвращена верующим в 1999 г.
Ныне при храмах прп. Димитрия Прилуцкого на Наволоке, Успения Пресвятой Богородицы на Наволоке действует ПРО Архиерейское подворье храма прп. Димитрия Прилуцкого на Наволоке г. Вологды Вологодской епархии РПЦ МП.
Богослужение совершается по расписанию. Среди чтимых святынь - Чтимая икона Божией Матери Всецарица, икона с частицей мощей блаженной Матроны, Точное подобие чудотворного Годеновского Креста