2 мая 1904 года состоялся Геленджикский сельский сход, на котором обсудили вопрос о постройке новой каменной церкви и решение направили Черноморскому губернатору. Тот обратился к епископу Сухумскому и Черноморскому, спрашивая благословение на осуществление задуманного благого дела, ответ был положительный. На сходе поселка было принято решение выделить на постройку из свободных общественных сумм 10000 рублей. Отвели около 2 га городской земли. Работы шли с большими трудностями и препятствиями. По утверждению проекта и сметы в 1905 г. определился подрядчик господин Гречкин, местный владелец строительной конторы и земледелец. При разбивке плана под новую церковь была полностью снята с места и передвинута на сваях деревянная колокольня. Проект каменной церкви составил архитектор Васильев. Внутренние стены храма были расписаны художником Сарахтиным.
Весной 1909 года работы были завершены и накануне храмового праздника Вознесения Господнего 6 мая 1909 года новопостроенный храм освятил епископ Сухумский и Черноморский Дмитрий. Первым настоятелем стал протоиерей Иоанн Судницин, ранее служивший в Троице-Скорбященской церкви в Новороссийске. Он руководил строительством храма, продолжая вести службу в старом здании церкви.
Здание храма построено в традициях русской классической церковной архитектуры. Это пятиглавый храм с центральным большим куполом и трехъярусной колокольней над западным приделом.
С 1914 года огненный вихрь войн и революций пронесся над Россией. Много пришлось перенести храму. Но до середины 30-х годов храм устоял, позже был закрыт, настоятель Вознесенский, по воспоминаниям прихожан, арестован и расстрелян.
Возродился храм в годы Великой Отечественной войны. 8 сентября в Москве, когда в Геленджике советские войска готовились к десанту в Новороссийск, состоялся Собор епископов, избравший Патриарха Русской Православной церкви — митрополита Сергия, и образовавший Священный Синод. 8 февраля 1945 года Церковным советом был подписан договор аренды храма и церковной территории. Силами общины был проведен ремонт и в возрожденном храме начались службы.
Но, расположенный в центре города, действующий храм не устраивал городские власти. В 1947 году здания Церковноприходской школы, причтового дома, церковной сторожки и часть храмовой территории передается отделу народного образования и в них размещают начальную школу № 18 и семилетнюю школу № 3. В 1949 году у церкви вновь урезают часть территории, а в январе 1950 года закрывают храм для богослужения. При этом договор с церковной общиной об аренде храма не расторгается и официального решения горисполкома о закрытии храма не принимается. Верующим предлагается перейти в кладбищенскую часовню, перенести туда престол, иконостас, церковную утварь и там совершать богослужения. Так храм был закрыт во второй раз.
В 1952 году здание храма муниципализируется, а в 1953 году передается отделу народного образования для сноса и строительства средней школы на 400 мест. Здание школы построили, не сломав храм. Учебный 1957 год средняя школа № 3 начала в новом здании, а храм использовался как склад макулатуры, старой мебели и прочего школьного имущества.
В 1979 году здание церкви Вознесения горисполкомом было признано памятником архитектуры местного значения и решением Крайисполкома № 540 от 26 августа 1981 г. взято на учёт в качестве памятника архитектуры начала ХХ века.
В 1984 году принимается решение о передаче здания городскому историко-краеведческому музею для размещения в нём археологической экспозиции отдела истории дореволюционного прошлого Геленджика. В 1988 – 1989 годах разрабатывается и утверждается проект реставрации и переоборудования церкви под музей. Но до работ дело не дошло.
В 1990 году решением Горсовета и горисполкома храм Вознесения возвращается верующим и принимается решение о переносе средней школы № 3 с церковной территории в один из жилых районов города. При храме образуется Церковная община, создается Церковный совет. В 1991 году настоятелем храма назначен протоиерей Владимир (Сазонов). Община во главе с настоятелем приступает к реставрационным работам. Первоначальная отделка храма не сохранилась, была полностью уничтожена внутренняя роспись. Все это силами прихожан и священников было восстановлено.
23 мая 1993 года накануне престольного праздника Вознесения Господня Высокопреосвященным Исидором архиепископом Краснодарским и Кубанским совершено освящение храма. При храме работает воскресная школа для детей. Занимается полный класс в возрасте от 6 до 13 лет.
