Изначально на этом месте находились две деревянные церкви. Первая имела два престола: Сретения Владимирской иконы Божией Матери и Николая Чудотворца. Вторая была посвящена Вознесению Господню и была разобрана к 1628 году из-за ветхости.

В первой половине 1650-х годов здесь была построена каменная церковь Вознесения. Е.В. Кудряшов упоминает, что из-за пожара и эпидемии чумы 1654 года церковь осталась недостроенной: к четверику не добавили паперть, придел и колокольню. Последняя была пристроена на рубеже XVII-XVIII веков вместе с трапезной и Никольским приделом. В первой половине XVIII века позакомарное покрытие церкви заменили на четырехскатное, а южный портал превратили в окно. В 1835 году к северной стороне храма добавили притвор.

В 1922 году после отделения обновленческой группировки "живоцерковников" от Русской Православной Церкви Вознесенский храм перешел к обновленцам, которых поддерживали власти. Однако в 1930 году церковь закрыли. Сначала здесь разместили общежитие портовых грузчиков и склад, а в 1932 году здание передали мельничному заводу для столовой. Тогда же уничтожили пятиглавие церкви и разрушили колокольню. В начале 1950-х годов здание церкви стало двухэтажным жилым домом.

Трапезная и шатровая трехъярусная колокольня были восстановлены в 1980-х годах по проекту архитектора Л.С. Васильева.

В рамках программы «Федеральная целевая программа „Культура России“» в конце 2010-х годов активно проводилась реставрация храма, и в нем возобновились богослужения.

В интерьере сохранились фрагменты стенной росписи начала XX века. Наиболее сохранившаяся композиция, «Распятие с предстоящими», расположена на своде центрального компартимента перед иконостасом. На арках сохранились розетки, имитирующие архитектурный лепной декор. Клеевая живопись была выполнена по побелке, под которой обнаружены остатки масляной живописи XIX века.

Художественное убранство храма и иконостас не сохранились.