Первое упоминание о деревянной церкви в селе Боровецком относится к XVIII веку. В 1828 году на её месте был возведён каменный храм. Сохранившееся до настоящего времени здание начали строить в 1872 году как реконструкцию обветшавшего храма 1828 года. Строительство велось по образцовому проекту архитектора Константина Тона в русско-византийском стиле с элементами эклектики классицистического направления.
Левый придел во имя великомученика Димитрия Солунского был освящён в 1882 году, правый придел в честь Воздвижения Креста Господня - в 1885 году. Главный престол в честь Вознесения Господня освятили в 1889 году. Основное финансирование строительства осуществлял Дмитрий Иванович Стахеев - представитель елабужской купеческой династии, известный писатель конца XIX века.
До революции 1917 года приход насчитывал 1935 человек из села Боровецкое и трёх окрестных деревень. При храме действовало попечительство. В 1930-е годы церковь была закрыта, точная дата прекращения богослужений неизвестна, предположительно это произошло в 1937 году. В советский период здание использовалось как мельница.
В 1989 году начались работы по восстановлению храма. Первое богослужение после длительного перерыва состоялось в ночь на Рождество 1990 года. Реставрационные работы значительно изменили первоначальный облик здания. В 2004 году собор получил статус архиерейского подворья.
Архитектурные особенности включают восьмигранный центральный объём с купольным перекрытием, трёхнефную трапезную и трёхъярусную колокольню. Стены украшены раскреповкой по углам, подоконными панелями с прямоугольными кессонами и арочными узкими проёмами с килевидными сандриками.
