Церковь Старого Вознесения являлась монастырской церковью Старовознесенского девичьего монастыря. Обитель находилась на левой стороне Советской улицы, в те времена называющейся Великой улицей. Это место в свое время было традиционным местом встречи влыдык и князей, вступающих в город.

Первое здание, еще деревянное, впервые упоминается в 1420 году. Неизвестно, была ли церковь уже тогда монастырской или нет, но достоверно известно, что заложенная в 1467 году каменная церковь, построенная из местной известняковой плиты, уже принадлежала обители.

Церковь и монастырь часто горели. После пожара 1777 года была произведена опись, первый столь подробный документ, касающийся церкви Старого Вознесения. Благодаря ему мы можем узнать, как тогда выглядел храм: у него был четверик и притвор, два придела, северный — с двумя палатами, - и южный, с придельной церковью Рождества Богородицы. Также имелись ризница и трапезная. Последний пожар датируется 1862 годом.

Наибольшего размаха строительство и реставрационные работы в монастыре и храме приняли при управлении обителью игуменьей Агнией II. При ней был пристроен придельный храм Рождества Богородицы, домашняя церковь Пресвятой Богородицы Тихвинской, на пожертвования установлена каменная ограда, справа от Святых ворот поставленна каменная часовня, а также четырехярусная колокольня (сейчас от нее сохранился лишь один ярус). Также были построены множественные кельи — одноэтажные из дерева, двухэтажные из камня, деревянные на каменном фундаменте с пекарней, посжаены фруктовые сады. В самом соборе был установлен новый иконостас, старый же был перенесен в притвор, так как в 1805 году в него попала молния. После революции же монастырь был упразднен, и сейчас является охраняемым государством памятников федерального значения.

Сама церковь Старого Вознесения была сильно повреждена в годы Великой Отечественной войны, был разрушен придел 1880 года, утрачен барабан с главой. В 1960-1969 храмбыл реставрирован, его центральную главу теперь украшает четырехконечный крест, воссозданный по сохранившимся оригинальным крестам 15-16 веков. Сегодня храм является действующей приходской церковью.