Заложен в мае 1770 года протоиереем Кочневым по благословению правящего митрополита Тобольского Павла. Первоначально Вознесенская церковь была деревянной и весьма небольшой по размерам. Располагалась эта деревянная церковь почти точно на месте того крыла дома Ипатьевых, где 17 июля 1918 года было совершено цареубийство.

В 1789 г. прихожане пожелали соорудить каменную двухэтажную церковь - в нижнем этаже в честь Рождества Богородицы, а в верхнем - в честь Вознесения Господня. Этот существующий и ныне храм, был заложен протоиереем Карпинским 16 мая 1792 г. по благословенной грамоте Тобольского епископа Варлаама, подписанной им 28 сентября 1789 г. Церковь, устроенная в нижнем этаже, была освящена тем же протоиереем 2 сентября 1801 г. с благословения преосвященного Иоанна, первого епископа Пермского. Вознесенская церковь освящена протоиереем Карпинским 25 июля 1818 г. по благословенной грамоте Иустина, епископа Пермского. В 1834 г. священнослужители и прихожане решили пристроить к Вознесенской церкви два придела с южной стороны, два придела с северной и новое крыльцо. В память же о первом Вознесенском храме на этом месте была выстроена каменная часовня - памятник. Часовню эту можно видеть на старых фотографиях дома Ипатьевых. Высота часовни-памятника была метра два. На четырех сторонах часовни были четыре наружных образа: Вознесение, пророка Илии, святого Митрофана, епископа Воронежского, праведного Симеона Верхотурского.

В 1926 году храм был закрыт и переоборудован сначала в школу, а затем в краеведческий музей. Последним настоятелем храма был протоиерей Всеволод Дягилев. Главный колокол Вознесенского храма, звон которого моли слышать император Николай и его семья, долгое время находился в театре оперы и балета Екатеринбурга и был задействован в исторических постановках, таких как "Князь Игорь" и "Борис Годунов". Теперь он передан Епархии.

В 1991 году, 15 февраля, в праздник Сретения Господня в храме была совершена первая после долгих лет запустения Божественная Литургия.