Еще при жизни старца Далмата его сын Исаак решил возвести на месте деревянного монастыря каменный. В 1704 г. было принято «благословление Архиерейское строить на Белом Городище церковь каменную во имя Пресвятой Богородицы честнаго и славнаго Ее Успения». Фундаменты каменного собора были заложены летом 1707 г. В 1708 г. возведена трапезная нижней церкви Рождества Христова. Постройка придельной церкви закончена в ноябре 1709 г., освящена 19 марта 1710 г. В 1711 г. закончено строительство Христорождественской церкви, она освящена в декабре 1711 г. По-видимому, в 1712—1713 гг. архимандрит Исаак принял решение строить собор двухэтажным. (Если он не был по проекту двухэтажным изначально). Возведение верхней Успенской церкви началось в 1713 г.; строительство каменного храма с деревянной трапезной было окончено к 1717 г. Возведение каменной колокольни над папертью было завершено к 1719 г. Освящение Успенского собора было совершено 13 августа 1720 г. Собор был заложен за существующей деревянной оградой, к востоку, на одной оси с существовавшей деревянной церковью. Колокольня собора установлена на одной оси с Успенской церковью. В эти годы был решен вопрос и о финансировании казной строительства каменных стен и башен монастыря. Однако активно оборонительные сооружения монастыря начали возводиться только после завершения строительства собора (1720−1740).

Архитектура монастыря дошла до настоящего времени с существенными искажениями. Успенский собор просуществовал в первоначальном виде до сентября 1742 г., когда во время пожара сильно пострадали его деревянные части. В 1744 г. была срублена новая брусчатая трапезная верхней церкви, но все последствия пожара устранили только к 1751 г. Было принято решение построить кирпичную трапезную Успенской церкви. Вместо сгоревшей в Успенском соборе крестообразной деревянной трапезы второго этажа в 1857 г. окончательно возведена каменная. В новой трапезной был устроен придел Рождества Богородицы, освещение которого состоялось в 1859 г. После передачи собора заводу «Молмашстрой» в 1945 г. при приспособлении здания под производственные цеха были разобраны все первоначальные завершения собора, перекрытия, здание стало четырехэтажным, первоначальный декор во многих местах стесан, оконные проемы и двери частично заложены, пробиты новые, изменена внутренняя планировка.

Архитектура собора уникальна. Во-первых, нижний храм четырехстолпный, последний подобного типа на Урале и в Сибири. Во-вторых, нижний храм двухсветный, что необычно: скорее всего, в Далматово первоначально планировалось возвести одноэтажный храм, а затем решение поменялось в процессе строительства. Верхний храм Далматовского монастыря в большей степени, чем нижний, ориентирован на новый, нарышкинский стиль: вместо полуциркульных апсид — граненые, венчание сделано по образцу собора Святой Троицы в Верхотурье (1703−1709). В-третьих, трапезной на втором этаже до 1771 г. не было: между верхней церковью и колокольней находились деревянная паперть и гульбище: подобная композиция могла быть позаимствована из московской церкви Успения на Покровке (1696−1699, не сохранилась). Внутреннее устройство Успенского собора при завершении его строительства в 1719 г., было достаточно сложным и насчитывало около 30 помещений. Внутренняя планировка не оставалась неизменной, в дореволюционное время собор неоднократно ремонтировался. Первоначальная планировка собора детально описана в приемной описи Далматова Успенского монастыря архимандритом Сильвестром 1730 г. После пожара 1852 г. деревянная трапезная на втором этаже заменена на каменную. По архивным документам Успенский собор описывается следующим образом: «Храм разделяется на два этажа. Между нижним и верхним этажом устроено среднее помещение, назначенное для ризницы и кладовой с шестью окнами на северную сторону».
После завершения строительства каменного трехпрестольного Успенского собора с замечательным внешним оформлением возникла настоятельная потребность привести в соответствие и внутреннее убранство всех трех церквей. Не надеясь на мастерство местных жителей, настоятель монастыря Исаак пригласил в обитель резчиков и иконописцев из Тобольска и Тюмени, как более опытных и искусных, которые и приступили в первую очередь к изготовлению иконостасов и написанию икон. Были среди прикладных икон и иконы, выполненные иконописцами, работавшими в монастыре. Многие иконы для монастыря покупались на ярмарках в различных городах и селах. В первое десятилетие второй половины XVIII в. активно развернулась творческая деятельность иконописца Никифора Иванова Ершова. Большие работы по строительству и украшению храма проводились в Далматовском монастыре в период настоятельства архимандрита Иоакинфа (1760−1777). При нем были заново выполнены почти все росписи церковных стен, сводов и алтарей, построены новые иконостасы и произведены многие другие работы.

Преподобный Далмат был захоронен в монастыре на месте самой первой церкви, но после ее разрушения со временем точное место захоронения было забыто. 8 мая 1871 г. в монастыре освятили закладку нового храма «Всех скорбящих Радосте». При прокладке траншеи строители обнаружили захоронение преподобного. Было принято решение сделать над склепом Далмата кирпичную арку и поверх нее провести забутовку. Храм возводился 10 лет. 6 августа 1994 г. состоялось обретение мощей преподобного старца Далмата. Сегодня Скорбященская церковь восстановлена вместе с усыпальницей основателя монастыря.