Первоначально, в 1770 году на месте ныне разрушенного и несохранившегося дома Ипатьевых была построена деревянная Вознесенская церковь. В 1789 г., по желанию верующих и благословению правящего в то время митрополита Тобольского Павла, была возведена каменная двухэтажная церковь. Храм Вознесения Господня в Екатеринбурге, заложенный протоиереем Карпинским, был освящен 16 мая 1792 г. Нижний этаж священ в честь Рождества Богородицы, Верхний — в честь Вознесения Господня. Авторами проекта являлись архитекторы М.П. Малахов, К. Г. Турский, Н. Шулаев. В 1926 году храм Вознесения Господня закрыли, главный колокол передали театру оперы и балета Екатеринбурга. Само здание переоборудовали в школу. В Великую Отечественную войну в церкви находился склад. С 1947 года в храме размещался областной историко-краеведческий музей. 15 февраля 1991 года, после долгих лет забвения, в храме Вознесения Господня была отслужена первая Божественная Литургия. Колокол был передан Епархии, Свято-Троицкому кафедральному собору.

В архитектуре здания использовано смешение стилей и форм позднего барокко, «русско-византийского» стиля и отдельные элементы классицизма.

Двухэтажное здание храма имеет продольную ориентацию «корабля». К храмовому четверику с восточной стороны примыкает полукруглая апсида, преобладают черты петербургской архитектуры первой трети XVIII века. Западная часть церкви — пример эклектики второй половины XIX века. Верхний ярус храмового четверика завершается пологим четырехгранным куполом с восьмигранной луковичной главкой на барабане, украшенным килевидными кокошниками в русско-византийском стиле. Фасады стен контрастны: голубого и белого цвета; в них помещен штукатурно-лепной декор-элемент классицизма.

Одну из главных вертикалей храма занимает многоярусная колокольня, расположенная в северо-восточной части городского центра, формы декора которой повторяют оформление основания храма.

Храм Вознесения Господня, расположенный на западном склоне Вознесенской горки, является образцом культового здания Екатеринбурга, сохранившимся памятником храмовой архитектуры.