В сентябре 1991 года исполком Тульского областного Совета народных депутатов принял решение о передаче Успенского кафедрального собора Тульского кремля в безвозмездное пользование Тульскому епархиальному управлению для совместного использования с филиалом областного краеведческого музея «Тульский кремль» по первоначальному назначению и для музейного показа.
В 1990-х годах реставрация иконостаса не велась из-за отсутствия финансирования. С 1996 года прекратилось финансирование работ и по реставрации стенописи. В 2001 году реставрация собора была продолжена специалистами «Центрреставрации» (Москва). В 2000—2001 годы реставратор А. Пятин воссоздал часть резных обрамлений икон местного чина иконостаса.
8 сентября 2005 года впервые была включена подсветка Успенского собора. В 2013 году, в рамках реставрационных работ в Тульском кремле, были проведены реставрационные работы и собора. Купола были позолочены, а стены храма окрашены в серый цвет.