В 1882—1883 годах здесь была построена деревянная церковь Вознесения Господнего, торжественное освящение состоялось в феврале 1883 года. Основной объем был перекрыт приземистым шатром, завершавшимся маковкой на граненом барабане, с запада к этому объему примыкала шатровая колокольня, еще одна маковка венчала алтарную часть.
В 1900 году была проведена значительная реконструкция храма по проекту Евгения Ермакова. Главный шатер поднят на граненом барабане, устроены хоры, значительно удлинена западная часть и над притвором сооружена новая шатровая колокольня. Тогда же церковь обложена кирпичом и декорирована в неорусском стиле барабан украшен кокошниками, окна оформлены наличниками. 25 июля 1907 года в Вознесенской церкви венчалась Леся Украинка с Климентом Квиткой.
В 1910 году восточную часть церкви расширили по проекту Е.Ермакова; в январе 1911 года был освящен новый придел во имя св.Василия Великого. Советская власть зарегистрировала приходскую общину в июле 1920 года. В 1922 году церковь частично передана УАПЦ, для украинской общины устроен отдельный придел, для чего церковь была в определенной степени реконструирована. С 1922 года священником УАПЦ был о.Дмитрий Ходзуцкий, позже репрессирован. Украинский приход распущен в 1933 году Колокольня была снесена, сейчас церковь пользуется новой, построенной в 1990-е годы, колокольней. Во время нацистской оккупации церковь вновь была открыта для украинского прихода; в марте 1942 года настоятелем служил протоиерей Николай Саранча.
С послевоенных лет и поныне действующий храм Украинской Православной Церкви. 13 мая 2013 года, в день праздника Вознесения Господня, Блаженнейший Митрополит Киевский и всея Украины Владимир посетил Вознесенскую церковь на Демеевке в день 130-й годовщины освящения храма. Митрополит Бориспольский Антоний освятил накупольный крест для часовни иконы Божией Матери «Спорительница Хлебов», построенной на храмовой территории.
