От Спасо-Преображенского собора хорошо видны разноцветные купола, напоминающие собор Василия Блаженного, и пятиярусная колокольня Вознесенского собора одноимённого монастыря. Вознесенский монастырь был основан епископом Питиримом в 1690 году на северной окраине города, у устья реки Студенец. Изначально это был женский монастырь, и его первой игуменьей стала сестра епископа Питирима, Екатерина. Первые постройки монастыря были деревянными и сгорели в 1724 году. В первой половине XVIII века Тамбов был небогатым городом и не мог позволить себе восстановить монастырь с нуля. Долгое время здесь не было ни храма, ни сестринских корпусов, а только деревянные кельи для монахинь. Однако в 1764 году, в ходе реформ Екатерины II, когда многие монастыри были закрыты, Тамбовский монастырь был определён в третий класс с небольшим, но постоянным финансированием. В 1798 году был освящён первый каменный храм монастыря, Вознесенская церковь, спроектированная Иваном Кругликовым и Нафанаилом из Саровской пустыни. В 1816 году заложили второй храм в честь иконы Богоматери "Всех Скорбящих Радость", который сохранился почти в первозданном виде, в отличие от Вознесенской церкви, разрушенной в 1930-е годы.

Вознесенский монастырь стал известен в середине XIX века, когда здесь поселилась монахиня Миропия, в миру Мария Аденкова, дворянка по происхождению. После смерти мужа она ушла в московский Зачатьевский монастырь. В 1812 году, во время нашествия французов, монастырь эвакуировался, и Мария выбрала Тамбов для поселения. Она привезла с собой Казанскую икону Божией Матери с частицами мощей святых. Чудотворные свойства иконы проявились в пути, когда ямщик, задумавший ограбление, внезапно ослеп и прозрел после покаяния и молитвы. В Тамбове монахиня Миропия ежедневно читала акафисты перед иконой. Перед смертью ей было видение, в котором Богоматерь велела передать икону в Шацкий Вышенский монастырь, где начались многочисленные чудеса. Монахиня Миропия была похоронена у южной стены Вознесенской церкви, над её могилой была воздвигнута железная часовня. В 1906 году, при перестройке главного храма, её захоронение оказалось внутри стен, и для него была устроена ниша в виде пещеры.

В 1918 году началось разграбление монастыря, были запрещены колокольные звоны и крестные ходы. В 1929 году закрыли Скорбященский храм, а позже разрушили Вознесенский. Возрождение монастыря началось ещё в советское время: в 1988 году Скорбященскую церковь передали РПЦ в честь Тысячелетия Крещения Руси. В 1992 году было принято решение о возобновлении монашеской жизни. В 2007 году началось строительство Свято-Вознесенской церкви, завершившееся через семь лет. Архитекторы Лунькин А. С., Лунькин Г. М. и Третьяков Д. И. вдохновлялись собором Василия Блаженного, хотя формы и стиль церкви, русско-византийские. Яркая эклектика возвышается над городом более чем на 60 метров, впечатляя издалека, но вблизи заметна дисгармония с другими постройками монастыря.