Здание было возведено в период с 1814 по 1838 годы как летняя резиденция на средства князя Г. А. Грузинского. Звонница разместилась над одним из торговых корпусов, окружающих храм, выполненных в форме буквы "Г".

Храм, имеющий пять куполов, представляет собой отличный пример классического стиля. Это кирпичное сооружение с четырьмя столпами и боковыми портиками, украшенными четырьмя дорическими колоннами.

В 1933 году храм был закрыт и использовался как склад и водонапорная башня. Реставрационные работы начались в 1980-х годах.

В 2008 году из федерального бюджета России были выделены средства на восстановление Вознесенского собора в Лыскове Нижегородской области. Необходим был ремонт кровли, фасада, лестниц и перекрытий, а также полная внутренняя отделка.

9 июня 2016 года, в праздник Вознесения Господня, епископ Лысковский и Лукояновский Силуан провел первую Божественную литургию в восстанавливающемся кафедральном соборе Вознесения Господня в Лыскове.

До этого богослужения проводились в храме великомученика Георгия Победоносца, расположенном на территории собора.

Вместе с правящим архиереем служили секретарь Лысковской епархии протоиерей Андрей Самсонов, ключарь Вознесенского кафедрального собора и благочинный Лысковского округа протоиерей Георгий Жучков, а также клирики иерей Александр Наседкин и иерей Михаил Швецов.