Le monastère de Petchersk, après son transfert à un nouvel emplacement, a été initialement construit en bois, y compris la cathédrale de l'Ascension. En 1629, l'archimandrite Raphaël, supérieur du monastère, a demandé au Patriarche la permission de construire une église en pierre au nom de l'Ascension, indiquant que les matériaux pour la construction étaient déjà préparés. Il a répété sa demande en 1630, mais la permission n'a jamais été obtenue.

L'année suivante, l'archimandrite a décidé d'agir seul et a invité des maçons du monastère Ipatiev de Kostroma sous la direction de Fiodor Oparine, sans en informer Moscou. Ils ont commencé la construction du sous-sol de la cathédrale, mais en 1632, les autorités ont appris cela, et les maçons ont été envoyés à des travaux d'État. Le monastère a alors créé sa propre équipe de construction dirigée par le maçon Efrem Bosy, qui a achevé la construction de la cathédrale à cinq dômes de l'Ascension avec une chapelle en l'honneur de la Protection de la Sainte Vierge d'ici 1640. Le temple a été construit selon les plans de l'architecte Antip Konstantinov.

D'autres bâtiments du monastère ont également été érigés selon les projets de cet architecte de Nijni Novgorod, tels que le clocher à bulbe, l'église de l'Assomption avec la salle à manger, l'église de la porte du saint Éphrem de Souzdal, les appartements du supérieur et les corps des cellules. Antip Konstantinov a également participé à la construction de la cathédrale de l'Archange dans le Kremlin de Nijni Novgorod et du Palais Terem, ainsi qu'à la restauration de la cathédrale de l'Assomption dans le Kremlin de Moscou.

Une plaque commémorative en fonte a été installée sur l'église de l'Ascension, fondue en 1858, qui indique que la construction a commencé en octobre 1631 sous le règne du tsar Michel Fiodorovitch. Une salle à manger a été ajoutée à la cathédrale, qui est devenue plus tard le vestibule. Entre le mur nord de la cathédrale et le clocher, un porche couvert a été construit, et du côté sud, un porche en brique a été ajouté, qui a été démoli dans les années 1970 lors de la restauration.

Le style architectural de la cathédrale de l'Ascension remonte à la cathédrale de l'Assomption du Kremlin de Moscou. La cathédrale est à quatre piliers, à cinq dômes, et se dresse sur un haut sous-sol, qui a été utilisé comme entrepôt de légumes à l'époque soviétique, tandis que le temple supérieur servait d'atelier de menuiserie. Les petits dômes de la cathédrale diffèrent par leurs tailles, deux d'entre eux éclairaient les chapelles dans les chœurs et étaient construits de manière plus massive. La partie salle à manger de la cathédrale, transformée en vestibule, avait une entrée occidentale et un porche d'honneur avec des voix en argile dans les murs. Jusqu'au milieu du XVIIIe siècle, le toit de la cathédrale était en tuiles, entre 1759 et 1766, il a été recouvert de fer, et en 1783, il a été fait à quatre pentes. Actuellement, le revêtement en pavillon a été restauré.

En 1924, le monastère a été fermé par décision du NKVD, et peu après, la cathédrale de la Sainte-Ascension a également été fermée. En 1971, des artisans ont partiellement restauré l'aspect ancien de la cathédrale. Dans les années 2000, des artisans modernes, tels que Vladimir Ivanovitch Nekrasov et Dmitri Nikolaïevitch Michenko, se sont occupés de la restauration du temple. En 2004, la salle à manger a été peinte par l'iconographe Oleg Romanovitch Shurkus. La consécration du temple principal du monastère de Petchersk a eu lieu en 2000 lors de la fête de l'Ascension du Seigneur.