На одном из холмов Павлова, покрытых малоэтажной застройкой, возвышается Вознесенская церковь, построенная в 1783-1788 годах. Она расположена на пересечении улиц Чапаева и Карла Маркса, которые раньше составляли единую улицу Перекров. Этот изгиб, отмеченный церковью, находился у въезда в Павлово со стороны Нижнего Новгорода. В первой половине XVIII века здесь стояла часовня, которую решил заменить на церковь зажиточный крестьянин из села Павлово, П. А. Вырыпаев, профинансировавший строительство храма. Приделы в трапезной были освящены в 1788 году, однако отделка основного объема завершилась лишь в 1795 году. Колокольня была построена позже, в XIX веке, затем снесена в XX веке и восстановлена к XXI веку. С приходом советской власти здание Вознесенского храма, как и другие храмы города, перешло в собственность государства, которое изъяло из него основные ценности под предлогом помощи голодающим и укрепления экономики. Община была вынуждена арендовать свой храм и платить за это налог.

В 1933 году Вознесенскую церковь закрыли, купола были разрушены, а в здании разместились различные городские организации. Архитектурно храм сочетает черты провинциального барокко и классицизма. Стены из крупного кирпича с белокаменными вставками украшены сложными наличниками с "лепестковыми" навершиями и лопатками с двойным штрабом, имитирующими каннелированные пилястры. Кровля также имеет криволинейную форму и завершается фигурной главкой на граненом барабане. В 2012 году Вознесенская церковь получила статус кафедрального собора Павловско-Выксунской епархии Нижегородской митрополии.