Вознесенский храм – каменный, трёхпрестольный, одноэтажный, величественного византийского центрально-купольного стиля, построен по проекту промышленного архитектора Э.Х-Г. Сарториуса. Проект был составлен в 1842 году и утверждён Пермским Гражданским Губернатором 16 марта 1843 года. О начале строительства Вознесенского храма свидетельствует чугунная плита под престолом Ильинского алтаря, гласящая: «Сей каменный трёхпрестольный православный храм во имя Вознесения Господня и святых Пророка Божия Илии и Священномученника Харлампия заложен в лето от Рождества Христова 1848 июня в 22 день благополучно царствования Императора Николая Павловича всея России 18 год Архиепископом Аркадием Пермским и Верхотурским».
Известно, что средства для строительства храма поступали от жителей Каслинского завода, такое название раньше носил город, посредством месячного рублёвого отчисления из заработка. Сначала был окончен Ильинский предел, который и был освящен по грамоте от 1852 года. Вот что значится в этом документе: «Июня 2 дня и по благословению Архиепископа Неофита Пермского и Верхотурского в царствовании того же императора благочинным священником Алексеем Сладчинским при уполномоченном от госпожи землевладелицы Марии Львовне Харитоновой, господине его высокородие Якове Григорьевиче Головине и господине управляющем заводов его благородие Иване Ивановиче, при приказчике Каслинского завода Михаиле Дунаеве, при поверенном завода Алексее Злоказове».
Вознесенский и Харлампиевский пределы сложены одновременно к 1855 году. Надпись на чугунной плите под престолом Вознесенского храма гласит: «Устроился и освятился жертвенник Господа и Бога Спаса нашего Иисуса Христа Каслинского завода в храме Вознесения Господня 1855 года июля 1 дня Высокопреосвященнейшим Неофитом Архиепископом Пермским и Верхотурским кавалером в царствование Государя императора Александра Второго в бытность протоиерея Михаила Бирюкова, священника Алексея Серебренникова и строителях Михаиле Дунаеве, Андрее Трутневе и Тимофее Свистунове тщанием и усердием всех жителей Каслинского завода».
В марте 1930 года все каслинские церкви были закрыты, колокола и кресты сняты, здания переданы под клубы, мастерские и амбулаторию, материальные ценности — в финчасть Районного исполнительного комитета (РИК). Воскресенская церковь стала клубом Рабочего коммунистического Союза сельхозлесрабочих и колхоза «Красный партизан», позже в ней хранили зерно. В 1943 году храм вернули верующим и вновь освятили, с тех пор перерывов в его работе не было.
В 1977 году группой московских художников был воссоздан высокий иконостас главного алтаря, а в 1989 году на колокольне были подняты новые колокола, которые отлили в Воронеже. С 1998 года началась реставрация глав, колокольни и барабанов куполов, а с 2000 года — ремонт кровли и наружных стен.
5 июля 2017 года в городе Касли состоялось важное для верующих событие: митрополит Челябинский и Миасский Никодим освятил новый купол и крест храма Вознесения Господня. Архипастырю сослужило духовенство Каслинско-Снежинского округа во главе с благочинным, иереем Валерием Борисенко, и настоятелем храма протоиереем Георгием Головкиным. После чина освящения золотой купол с крестом увенчал центр Вознесенского храма.
За несколько месяцев до этого события обнаружилось, что центральный купол необходимо заменить. Работы по изготовлению этого масштабного сооружения, диаметром 11 метров и весом 15 тонн, длились ровно год. Подготовительные этапы включали в себя обмеры, чертежи, сметы. Сначала во дворе храма соорудили металлическую конструкцию, которая постепенно обрастала листами из нержавеющей стали. Внутри купол обшили фанерой, а снаружи покрыли нитрид титаном, который придал ему золотой оттенок и особую прочность. За длительным и сложным процессом наблюдал весь город. Строительные работы выполняла челябинская фирма «Благострой». Деньги на строительство свода собирали, как в старину, всем миром. Его изготовление, так же, как и демонтаж старого купола и монтаж нового, производилось на средства, пожертвованные храму прихожанами и благотворителями.
