Посёлок Карагайский был основан в 1738 году как казачья крепость в составе Верхнеяицкой укреплённой линии. В то время здесь построили деревянный храм Вознесения Господня, который в 1774 году был сожжён войсками Емельяна Пугачёва. Церковь вскоре восстановили, и в октябре 1779 года состоялось её освящение. Новый храм был уже каменным.

В XIX веке в станице Карагайской проживало 1800 человек, что больше, чем в станице Магнитной. В храме Вознесения крестились и венчались казаки, среди которых было много героев, верно служивших Российскому государству. В этой станице родился будущий митрополит Виктор Святин, последний руководитель Русской духовной миссии в Китае.

После Октябрьской революции церковь в Карагайском была закрыта, но 5 января 1937 года власти разрешили её вновь открыть. Церковный приход во главе со священником Григорием Тимошевским принял здание, имущество и богослужебную утварь, возобновив духовную жизнь поселка.

Однако уже в 1938 году священник и члены прихода подверглись репрессиям, и храм снова закрыли. Купола и колокольню снесли, а здание использовали как зернохранилище. После войны в нём располагался колхозный молокозавод, а со времён перестройки здание пустовало.

В 2011 году в поселке Карагайский была создана православная община, зарегистрирован приход храма Вознесения Господня. Началось восстановление храма и возрождение духовной жизни поселка. На протяжении четырёх лет усилиями местных жителей и благотворителей, включая руководство санатория «Карагайский бор», в этом уральском селе восстанавливался старинный храм.