Церковь стоит на месте, где с XIII века находились деревянные храмы, много раз горевшие и восстанавливаемые вновь. Первоначально было две деревянные церкви холодная Вознесение Господа Бога и Спаса нашего Иисуса Христа и теплая Богоявления Господа Бога и Спаса нашего Иисуса Христа. Существующий храм построен в 1648 году на средства великоустюжского купца Никифора Ревякина. По сведениям писцовой книги 1676-1683 годов, Вознесенский храм в конце XVII века имел одиннадцать глав, из которых до нашего времени сохранилось только семь. Храм представляет собой сложную многообъемную композицию возникшую, вероятно, в результате нескольких строительных периодов. Известно, что в 1742 году перестраивалась алтарная апсида церкви. Основной небольшой квадратный в плане пятиглавый бесстолпный храм перекрыт сомкнутым сводом, несущим ряды декоративных кокошников, с центральным световым барабаном. Храм с трех сторон окружен двухэтажными приделами, с западной стороны примыкает наружная, крытая, с рундуками каменная лестница. По ней поднимались в помещения второго этажа. С северной стороны находится двухэтажная пристройка, огибающая основной объем также и с запада, где возвышается колокольня, составляющая с храмом единое целое. Башенная часть колокольни, как это можно судить по ее композиции и деталям, появилась в результате одной из перестроек храма в XVIII веке. С южной стороны к главному храму примыкает изящная пристройка – придел, увенчанный главкой на двойном высоком барабане. В наружном украшении храма впервые в Устюге использованы различные изразцы.
Пожар 1715 года уничтожил в церкви древнюю утварь и иконостас с иконами. Существующий в основном храме резной позолоченный пятиярусный иконостас относится к 1744 году, иконы являются произведениями живописи середины XVIII века. Когда-то здесь в тумбе за престолом стоял старинный деревянный выносной крест обитый просечным железом, с резным Распятием. В иконостасе часовни находился древний образ Божией Матери Всех Скорбящих с жемчужной ризой. Над дверями и в простенках было помещено не мало довольно древних образов. Небольшой четырехъярусный иконостас такого же типа украшает и теплую Воскресенскую церковь. Его отличием является то, что створки царских врат разделены на несколько филенок, заполненных кружевом просечного железа. Иконы в иконостасе также относятся к XVIII веку, часть из них написана местным иконописцем Степаном Соколовым в 1719 году, то есть вскоре после пожара, а икона «Всех скорбящих» в 1753 году. Богоматерь Одигитрия Смоленская. Степан Соколов, 1718 год. Происходит из местного ряда иконостаса Воскресенского придела церкви Вознесения. Ретавратор А. С. Терентьев, 1989-1990 годы. Великоустюгский краеведческий музей. На нижнем поле надпись белилами: «Написан сей образ в лето от сотворения мира 7226 от Рождества по плоти Бога Слова 1718 месяца июля в 6 день Писал устюжанин Степан Соколов». Успение Богородицы. Василий Колмогоров, 1744 год. Происходит из местного ряда иконостаса Воскресенского придела церкви Вознесения. Реставратор А.С. Терентьев, 1988-1990 годы. Великоустюгский краеведческий музей. В правом нижнем углу иконы на поземе имеется авторская надпись белилами: «Написан сей святый образ 1744 году октября 15 дня. Писал устюжанин Василий Колмогоров». По композиции и колориту икона является уменьшенной и несколько упрощенной копией местного образа на тот же сюжет, написанного Василием Спиридоновым Холмогорцем для иконостаса Успенского собора.
14 февраля 1930 года Вознесенская церковь была закрыта, имущество по традиции разделили Госфонд, музей и община верующих. Здание храма было передано музею. Не имея должной охраны, здание церкви неоднократно подвергалось набегам вандалов. Были выбиты стекла, появились трещины в стенах. В 1933 году дважды в здании был пожар, пострадали входные двери, покрытия барабанов и колокольни. Внутри здания из иконостасов были вынуты и разбросаны иконы, с некоторых сняты медные ризы, уничтожена часть резьбы. В алтаре разбросана церковная библиотека. Повреждено паникадило. Пострадал иконостас верхнего храма. Прекрасная цветная изразцовая печь XVIII века была разрушена. В июне 1934 года Н.Г. Бекряшев требует от горсовета произвести ремонт здания Вознесенской церкви и организовать ее постоянную милицейскую охрану. В мае 1937 года он вновь поднимает вопрос об охране и ремонте церкви Вознесения. Огромными усилиями Н. Г. Бекряшев остановил гибель Вознесенского храма и добился начала ремонта.
