В 1789 году на средства прихожан на левом берегу Туры в Тюмени была возведена каменная двухэтажная церковь с колокольней и двумя престолами: в верхнем этаже в честь Вознесения Господня, а в нижнем, во имя святого великомученика Георгия.

В 1870 году, благодаря завещанию тюменского купца И.В. Оконишникова, к церкви с правой стороны был пристроен придел в честь Преображения Господня. В том же году купец 1-й гильдии Е.А. Котовщиков пожертвовал средства на строительство придела с левой стороны, посвященного Рождеству Пресвятой Богородицы.

К Вознесенской церкви относились деревянная часовня во имя святых апостолов Петра и Павла в деревне Яр, церковь в честь иконы Пресвятой Богородицы «Всех скорбящих Радость» в деревне Мыс и Трехсвятительская церковь на Заречном кладбище в Тюмени.

В 1929 году Вознесенско-Георгиевская церковь была закрыта, а ее здание передано под клуб кожевенников и химиков. С 1934 по 1935 годы в здании располагалось общежитие учащихся школы шоферов и комбайнеров Тюменского сельскохозяйственного техникума. Позже здание находилось в ведении Тюменского овчинно-шубного завода.

5 июля 1976 года здание церкви было признано памятником истории и культуры местного значения. В 1996 году оно было передано Тобольско-Тюменской епархии, и с марта 2001 года в храме возобновились регулярные богослужения.

В 2003 году начались работы по восстановлению утраченной колокольни, завершенные в 2005 году. В том же году был установлен купол, подняты колокола, обновлена система отопления, утеплено здание и заменены окна первого этажа на пластиковые. Все работы были выполнены за счет благотворителей. В сентябре 2006 года храм и Воскресная школа были газифицированы на средства городского бюджета.

21 октября 2006 года произошло значимое событие для прихода и Русской Православной Церкви: были обретены мощи просветителя Сибири митрополита Тобольского Филофея Лещинского. Он служил в Сибири 25 лет и завещал похоронить себя вне церкви в Тюменском Свято-Троицком монастыре. После закрытия монастыря его останки были тайно перезахоронены в Вознесенско-Георгиевской церкви. Официально считалось, что мощи были уничтожены, как утверждала большевистская пресса.

История обретения мощей началась в 2003 году, когда женщина сообщила наместнику Троицкого монастыря архимандриту Тихону Бобову о месте захоронения святителя. Выяснилось, что это дочь протоиерея Александра Сычугова, который оставил завещание о захоронении Филофея у левой колонны храма. По благословению Архиепископа Тобольского и Тюменского Димитрия была создана комиссия, которая после нескольких попыток нашла мощи и перенесла их в Свято-Троицкий монастырь.

В 2006 году храм включили в региональную программу реставрации памятников архитектуры. Были выделены средства на разработку проекта реконструкции, проведены работы по укреплению фундаментов и создана проектно-сметная документация. Реставрация продолжается и по сей день.