Каменный храм Вознесения Господня в Торжке был возведен в 1854 году на средства новоторжского почетного гражданина Алексея А. Тетюхина, пожертвовавшего 5000 рублей, и прихожанина И.К. Дмитриева. Церковь построена по проекту тверского губернского архитектора Ивана Фёдоровича Львова в качестве "теплого" храма рядом с существовавшей с XVII века деревянной Старо-Вознесенской церковью.
Храм имеет трехпрестольное устройство: главный престол освящен в честь Вознесения Господня, правый придел - во имя преподобных Зосимы и Савватия Соловецких, левый - в честь преподобного Нила Столобенского. Приделы устроены в память о прежней каменной церкви, посвященной этим святым. Архитектурный облик сочетает элементы эклектики с влиянием творчества К.А. Тона.
В 1903 году рядом с храмом было открыто кладбище. В 1939 году церковь закрыли для богослужений, а кладбище - в 1947 году. В период Великой Отечественной войны здание использовалось как оборонительный пункт: в колокольне и фасаде были пробиты амбразуры. После войны храм долгое время находился в заброшенном состоянии.
В начале XXI века начались восстановительные работы. Исторически храм входил в комплекс с деревянной Старо-Вознесенской церковью, первые упоминания о которой встречаются в писцовых книгах 1625 года. Каменная ограда с двумя башнями, построенная вокруг храма в XIX веке, частично сохранилась до наших дней.