An der Stelle der modernen Himmelfahrtskathedrale, die das Zentrum der Poltawaer Festung war, befand sich zuvor die hölzerne Himmelfahrtskirche, bekannt als "Stadtkathedrale". Die letzten Erwähnungen stammen aus dem Jahr 1695. Im Jahr 1776 wurde die Holzkirche der Gemeinde des Dorfes Iwaschki im Poltawaer Bezirk übergeben. Ihr Status als Kathedrale wird durch eine Inschrift in einem alten Akafistbuch belegt. 1748 wurde auf Initiative des Obersten Andrei Horlenko und anderer Vertreter der Kosakenelite sowie der städtischen Öffentlichkeit beschlossen, einen steinernen Tempel zu bauen. Am 8. November 1748 wurde ein Vertrag mit dem bekannten Architekten Stefan Stabansky abgeschlossen. Die Arbeiten begannen 1751 und dauerten bis 1770.

Es war die erste steinerne Kathedrale in Poltawa, 32 Meter lang und 17 Meter breit. Das Gebäude war zweigeschossig im Stil einer byzantinischen Basilika mit dekorativen Giebeln. Um 1780 wurde der Tempel umgebaut: Es wurden zwei Kuppeln über dem Altarbereich hinzugefügt, und er wurde fünfkuppelig. Im zweiten Stock wurden Emporen eingerichtet, für die eine Treppe gebaut und die Sakristei umgebaut wurde. Der Boden war ursprünglich aus Töpferziegeln, wurde aber später durch Gusseisen ersetzt.

In den Jahren 1899-1900 wurde die Kathedrale erweitert: Es wurde ein Seitenaltar hinzugefügt, was sie heller und geräumiger machte und die Fläche um fast 170 qm vergrößerte. Über dem Eingang entstanden zwei kleine Türme und ein gewölbtes Dach, zwei Säulen wurden abgerissen, und die Emporen wurden an die Westwand versetzt. 1847, nach der Verlegung des Bischofssitzes von Perejaslaw nach Poltawa, wurde die "Stadtkathedrale" zur Kathedrale. Die Kathedrale war von einer Ziegelmauer mit schmiedeeisernen Gittern umgeben, die 1827 die hölzerne Mauer ersetzte. Im Inneren befand sich ein vierstöckiger geschnitzter Ikonostase "im französischen Stil". In der Kathedrale gab es fünf Altäre: den Hauptaltar zu Ehren der Himmelfahrt der Heiligen Gottesmutter; rechts, die Apostel Petrus und Paulus; links, den Propheten Elias, geweiht am 17. September 1774; in den Emporen rechts, den heiligen Erzengel Michael, geweiht am 30. Dezember 1776; links, die heilige Märtyrerin Barbara, geweiht am 10. Juni 1777. Der Glockenturm, 44 Meter hoch, stand nach der Zerstörung der Kathedrale im Jahr 1934 lange Zeit leer. Während des Krieges von 1941 bis 1946 war darin die Kirche des heiligen Johannes des Täufers aktiv, die am 27. Februar 1787 geweiht wurde.

Nach dem Krieg blieb der Glockenturm lange Zeit in Ruinen, später wurden darin verschiedene Werkstätten untergebracht. Anlässlich des 1100-jährigen Jubiläums von Poltawa wurde beschlossen, den Glockenturm zu restaurieren und darin ein Stadtmuseum mit Aussichtsplattform im oberen Stockwerk zu schaffen. In letzter Zeit fand hier eine Ausstellung von Laienkünstlern der Stadt statt. Der Glockenturm blieb bis Anfang der 1990er Jahre erhalten.

Die Entscheidung zur Wiederherstellung der Kathedrale wurde 1999 getroffen und 2005 abgeschlossen.