Църквата е разположена в близост до центъра на гр. Пирдоп, ул. "Кап. Михаил Баторски" №7. Според сведения от етрополския манастир "Св. Троица" за източноправославен църковен храм в Пирдоп може да се говори от 1618 г. Името на селището от ранната османска епоха - Протопопинци, навежда на мисълта за съществуването й и по-рано. Сегашната църква "Свето Успение Богородично" е най-старият възрожденски паметник в района - построена е през 1819 г. във времето на султан Махмуд II (1808 - 1839 г.) върху основите на стар, нищожен при пожар храм. Сведенията в изворите и краеведческата литература за началния етап от историята на храма са противоречиви, но е сигурно, че за направата му местната община предприема стъпки още през 1817 г. Известният изследовател на българското минало от Пловдив Г. Г. Димитров, отбелязва, че същата година българите от Пирдоп изпратили в Цариград трима свои представители, които "да искат ферман" за строежа на църквата. Според една изрична султанска заповед от 21.XI.1714 г. се забранява каквито и да било промени по култовите сгради в империята или строителство на нови без специално разрешение от османските власти. Това и наложило провождането на въпросната делегация в столицата. След почти едногодишно пребиваване там пирдопчани успели да се сдобият с въпросния ферман. Но с това времето за започване на градежа не се открило. Според съществуващата тогава практика ферманът трябвало да бъде занесен чак във Видин, за заверка. Това коствало още 6 месеца забавяне. Според някои данни завереният документ бива донесен в Пирдоп около Великден на 1819 г.
Времето, необходимо за осигуряване законност на родолюбивото дело, не било загубено напразно. С подкрепата на всички жители на общината се събирали материали и струпвали на мястото за въздигане на храма. В спомените си Алипия Влайков - по-голям брат на писателя Тодор Влайков, отбелязва, че майката на баща му - Генчо Влайков, когато "била трудна с него, носила в поли камъне за постройката на черковата. Всякой помагал, та дори и трудните жени."
За изграждането на църквата помагат хора от цялата околия. В един поменик към храма са отбелязани имената на Стойко, Яни и неговите синове, Богдан, Ганчо, Никола Славчов, Петко Попов, Иван Бамбеков и други от Пирдоп, Васил, Коста и Станчо от Златица, Велчо от Буново, Петър от Смолско, Младеновци от Долно Камарци, всички те дарили средства за строителството. "При каптяването на фермана бил даден 18-дневен срок за построяване. Тогава се разгласи из цялата околия и срокът бил спазен." - пише по този повод Г. Г. Димитров. Сведението се потвърждава и от биографа на учителя Златан Груев - Митрополит Серафим Сливенски, който пише: "Майка му (на поп Златан Груев) се сарандисала (извършване на специален обред на родилка на четиридесетия ден след раждане) първа в черквата "Св. Успение Прясвятия Богородици" в Пирдоп, която ся е направила во 18 дни, съгласно позволението".
Краеведът Методи Стоянов съобщава повече подробности за строителството на храма, но отбелязва, че властите дали 40 дни, а градежът трябвало да стане "нощем, за да не се дразни местното турско население". Заради това по-напред се издигнала висока каменна ограда, за да не се вижда какво се прави в двора.
За строителството на църквата били извикани майстори от Смолско и Мирково, а по архитектура се следвали традициите на арбанашките църкви от предходния - XVIII в. Храмът е вкопан в земята, с просторен наос, два реда дървени колони, поддържащи сводовете. Вътрешната му украса е завършена по-късно, а най-ранните икони са от 1823 г. и са дело на известния тревненски зограф Йоаникий папа Витанов.
Уникален за църквата е резбованият иконостас, който е един от четирите, изработени от майстори на Дебърската резбарска школа, запазени до днес. Другите три те са направили за църквите "Св. Спас" в Скопие, "Св. Иван Бигор" в Дебър и "Св. Параскева" в Пазарджик. От разкази на съвременници се знае, че уговорката за направата му станала между Църковното настоятелство и майстор Дебремий, на когото било платено предварително за направата. Работен е от Макарий Негриев Фръчковски и Петър Филипов, които го доставили в Пирдоп чак след 3 години, скрит в големи бъчви за вино като е сглобен на място. Целият е от орехово дърво, позлатено в горния си край и в някои от основите. По-късно от съображения за сигурност златният варак е покрит с черна боя, която създаде доста трудности на реставраторите, докато я премахнат. След реставрация, извършена от специалисти на НИПК преди две години, той отново грее с първоначалната си красота и има силно въздействащ ефект не само върху миряните, но и многобройните гости на църквата.
В годините до Освобождението пирдопската църква е била обект на две посегателства. Още през 1826 г. - само седем години след построяването му, от храма са откраднати църковна утвар, мощи и пари, а при бягството си от района при Руско-турската война през 1877-1878 г. църквата пак е поругана от башибозуци и черкези.
Като стожер на духовността и българщината в района, в нея служат само български свещеници. А да се черкуват идват хора от цялата околия, свидетелстват записки в един поменик, съхраняващ се в Църковно-историческия и архивен институт. Многократно ловешките владици Дионисий и Милетий (средата на XIX в.) правят опит да въведат в практиката на свещениците службите да се произнасят на гръцки език, но местната община и населението не позволяват това да се случи. Върху гръцка книга от това време е запазена приписка, в която се отбелязва, че тя никога не е използвана в богослужението.
Църквата е обновявана през 1887 г. и основно реставрирана през 1997-2002 г.