В 1571 году Касимов описывается в писцовых книгах Петра Воейкова как деревянный город, в котором упоминается деревянная соборная церковь Вознесения Христова с приделом в честь Усекновения честной главы Иоанна Предтечи. Однако упоминаемая в писцовых книгах церковь 3 июня 1679 года сгорела, как видно из челобитной соборного священника к преосвященному Иосифу, митрополиту Рязанскому. Соборные иконы уцелели и были перенесены в Пушкарскую Николаевскую церковь. Точных указаний на то, когда же был возведен новый храм, в документах не имеется, но историки относят строительство нового собора к XVII столетию. Но вначале XVII века и этот храм сгорел. Построение каменной пятиглавой соборной Вознесенской церкви с приделом в честь Иоанна Предтечи недалеко от деревянной, было начато по благословению преосвященного Алексия Титова. Строительство шло на средства и старанием Касимовского воеводы Василия Михайловича Ховрина и началось 27 марта 1748 года. 13 июня 1754 года собор был освящён по храмосвятной грамоте, данной митрополитом Димитрием Сеченовым.
В 1779 году была построена каменная колокольня вместо деревянной на шести столбах. Средства на нее дал Василий Андреевич Губарев. В 1876-1878 годах в храме произошли ремонтные работы. Был построен новый расширенный алтарь, устроен новый иконостас и расписаны стены храма. 8 августа 1787 года состоялось освящение храма архимандритом Солотчинского монастыря Иоанникием и соборным протоиереем Федором Ипатьевым. К 1790 году в храме, усердием В.А. Губарева, вместо одного было устроено два придела. На правой стороне во имя Усекновения главы Иоанна Предтечи и святителя Василия Великого, а на левой во имя святителя Димитрия Ростовского чудотворца и святой Екатерины великомученицы. Храм был освящён в 1790 году, на антиминсах, выданных из Успенского кафедрального собора. В 1837 году этот храм посетил наследник престола цесаревич Александр Николаевич, который проезжал по Рязанской губернии. В XIX веке вместо обветшавшего храма был построен новый, ныне существующий собор с приделами Покровским и Предтеченским. Начало его строительству было положено 25 июня 1854 года, а окончен и освящён полностью в 1867 году. План собора был снят с плана собора в Гатчине, о чем было написано в Рязанских епархиальных ведомостях за 1897 год.
В 20-х годах ХХ века был закрыт, перед этим некоторое время находился в распоряжении обновленцев. В 1936 году по ходатайству филиала рязанского Аэроклуба горисполком решил устроить парашютную вышку на бывшей колокольне собора. В 1960 году соборная колокольня была разобрана. Вознесенский собор возвращён Церкви в 1998 году. В 2001 году с помощью благотворителей началось восстановление Вознесенского собора.
Торжественное освящение его состоялось 1 июля 2002 года. Его возглавил Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II в сослужении пяти иерархов: Рязанского и Касимовского Симона, Нижегородского и Тамбовского Евгения, Шацкого Иосифа, Дмитровского Александра и Сергиево-Посадского Феогноста. Среди сонма священнослужителей в сане архимандрита был ныне здравствующий Нижегородский архиепископ Георгий.
Боковые приделы собора, правый Покрова, левый Усекновения главы святого Иоанна Предтечи. В настоящее время освящён только правый придел. С 2006 года в праздник Вознесения Христова в Воскресенском соборе со всех храмов собираются Крестные ходы на молебен.
