Согласно доступным источникам, ныне существующее здание храма было построено в 1845 году на месте более ранней Георгиевской церкви.
Крестьяне села Нагавицино издавна были приписаны к Нижегородскому Печерскому монастырю и до середины XIX века являлись его крепостными, занимаясь заготовкой дров в близлежащих лесах. Строительство храма осуществлялось на средства прихожан и пожертвования, собранные с использованием сборных книг. При храме функционировали церковно-приходская и земская школы.
Архитектурно храм представляет собой сооружение, выполненное в стиле классицизма. Планировочная структура храма имеет трехчастную продольно-осевую систему типа «корабль». Храмовая часть представляет собой бесстолпный, двусветный четверик со световым барабаном, покоящимся на подпружных арках и парусах. Фасады четверика венчаются фронтонами на четыре стороны. Круглый барабан с восемью полуциркульными окнами завершен сферическим куполом, увенчанным небольшой главкой с подкрестным шаром и деревянным остовом креста.
В 1930-х годах, в период антирелигиозной политики советской власти, храм был закрыт. Колокольня и приколокольные палатки были разобраны, внутреннее убранство утрачено, а здание приспособлено под складские нужды. До 1950-х годов, несмотря на недействующий статус, церковь сохраняла свой облик. Однако в последующие годы здание пришло в запустение и ветшало.
Реставрационные работы начались в 2005 году. В ходе восстановительных мероприятий были проведены работы по выведению здания из аварийного состояния, восстановлены архитектурные формы фасадов, кровли и главы храма. Облик колокольни был воссоздан на основании проведенных исследований объемных параметров. Фасады, как и исторически, выполнены с открытой кирпичной кладкой с последующей известковой затиркой. Кровли, купола, шпиль колокольни и покрытия карнизов выполнены из меди.
В 2012 году реставрационные работы были завершены, и 8 августа того же года главный престол Вознесенской церкви был освящен архиепископом Нижегородским и Арзамасским Георгием.
