Начало строительства Десятинной церкви относят к 989 году. Церковь освящалась дважды: по завершении строительства и в 1039 году при Ярославе Мудром. Князь Владимир Святославич, правивший в то время, выделил на поддержание церкви и митрополии десятую часть своих доходов десятину, откуда и пошло её название. На время своего строительства она была наибольшим киевским храмом. В летописях сообщалось, что Десятинную церковь украшали иконы, кресты и драгоценные сосуды из Корсуня. В украшении интерьера использовался мрамор, за что современники также называли храм «мраморным».

Некоторые ученые считают, что церковь имела посвящение празднику Успения Пресвятой Богородицы. В ней хранились мощи святого священномученика Климента, погибшего в Корсуни. В Десятинной церкви находилась княжеская усыпальница, где была похоронена христианская супруга Владимира византийская царевна Анна, умершая в 1011 году, а затем и сам Владимир, умерший в 1015 году. Также сюда были перенесены из Вышгорода останки княгини Ольги. В 1044 году Ярослав Мудрый похоронил в Десятинной церкви посмертно «крещённых» братьев Владимира Ярополка и Олега Древлянского.

В 1169 году церковь разграбили войска князя Мстислава Андреевича, сына Андрея Боголюбского, в 1203 году войска Рюрика Ростиславича. В 1240 году орды хана Батыя, взяв Киев, разрушили Десятинную церковь последний оплот киевлян. По преданию, Десятинная церковь рухнула под весом забравшегося на своды народа, пытавшегося спастись от монголов.

Петербургским архитектором Н. Е. Ефимовым был впервые открыт план фундаментов Десятинной церкви; найдены остатки мраморов, мозаик, фресок. Храм был построен в византийско-московском стиле и не повторял первоначальной архитектуры древней Десятинной церкви. 2 августа 1828 года освятили начало строительства новой церкви, которое доверили другому петербургскому архитектору Василию Стасову.

Строительство храма обошлось в 100 тысяч золотых рублей. Иконостас составили из копий икон Казанского собора в Петербурге, созданных художником Боровиковским. 15 июля 1842 года новую Десятинную церковь Успения Богородицы освятили митрополит Киевский Филарет, архиепископ Житомирский Никанор и епископ Смоленский Иосиф. При советской власти, в 1928 году, Десятинная церковь, как и множество других памятников культуры и искусства, была снесена. В 1936 году церковь окончательно разобрали на кирпичи.

26 ноября 1996 года Национальний банк Украины ввёл в обиход две юбилейные монеты «Десятинная церковь» из серебра и медно-никелевого сплава, посвящённые тысячелетию возведения Десятинной церкви в Киеве.

3 февраля 2005 Президент Украины Виктор Ющенко подписал указ о восстановлении Десятинной церкви, на что из государственного бюджета предусматривается около 90 миллионов гривен.