Храм в честь Вознесения Господня построен в 1842-1356 годах по переработанному проекту Богоявленской церкви в г. Саратове, составленному архитектором К. А. Тоном. Освящение храма (центрального престола — в честь Вознесения Господня) совершил Преосвященный епископ Иоанникий I (Горский). в 1863-1366 годах трехнефная трапезная была расширена за счет перестройки объемов боковых нефов, охвативших с двух сторон нижний объем колокольни. Приделы
(в трапезной): в честь Успения Божией Матери, Рождества Иоанна Предтечи, Архистратига Михаила и трех святителей — Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста (сохранились и сейчас действуют только два из них — Успенский и Михайло-Архангельский). В результате строительства и реконструкции 1863-1366 годов храм стал пятипрестольным. При храме до революции (на 1912 год) существовало две церковно-приходских школы, клир прихода составляли настоятель, два священника, диакон и два псаломщика. В первые годы советской власти храм частично закрывался, а в тридцатые годы его закрыли совсем. Только 21 ноября 1989 года в нем было совершено первое после периода запустения богослужение. Храм был заново освящен в 1993 году Архиепископом Пензенским и Кузнецким Серафимом (Тихоновым), который освятил центральный престол — в честь Вознесения Господня. 2 января 2013 года был освящен левый придел храма — в честь Архистратига Михаила. Освящение престола совершил епископ Кузнецкий и Никольский Серафим (Домнин) (теперь митрополит Пензенский и Нижнеломовский). В восстановленном соборе три престола, но престол правого предела — в честь Успения Пресвятой Богородицы — еще не освящен. С 2012 года собор имеет статус кафедрального.