Село Черемхово было основано около 1694 года переселенцами из Невьянской слободы, среди которых были братья Савины и Савва Черемхов. Изначально поселение называлось Савино, затем получило название Черемхово, вероятно, по имени одного из основателей. До середины XVIII века жители деревни относились к приходу Каменского завода, что создавало определенные неудобства из-за удаленности.
В 1752 году было принято решение о строительстве собственного храма. Для строительства использовали тщательно отобранные, хорошо просушенные сосновые бревна. Спустя два года, в 1754 году, деревянная церковь была освящена во имя Вознесения Господня. Однако к началу XIX века здание обветшало, и возникла необходимость в новом, более прочном сооружении.
В 1834 году началось строительство каменного храма, которое продолжалось двадцать лет. В 1854 году главный престол был освящен в честь Вознесения Господня. Архитектурно здание сочетало элементы классицизма и русско-византийского стиля. Храм имел пятиглавую структуру с массивной четырехгранной колокольней. Внутреннее убранство включало шестиярусный иконостас с золоченой резьбой.
В 1857 году в храм во время грозы ударила молния, повредив иконостас и внутренние стены. Впоследствии храм ремонтировали в 1862 году. В 1874 году было решено снести старую колокольню и пристроить новый придел с колокольней. В 1877 году этот придел был освящен во имя великомученика Георгия Победоносца. Однако проблема попадания молний сохранялась, что потребовало проведения капитальных ремонтов в 1898 и 1900 годах.
В 1884 году при храме была открыта церковно-приходская школа, что способствовало развитию образования в селе. К началу XX века приход включал в себя, помимо Черемхово, еще пять деревень с населением более трех тысяч человек, преимущественно государственных крестьян, занимающихся земледелием.
В 1929 году, в период антирелигиозной политики советской власти, храм был закрыт. Здание использовалось в качестве зернохранилища, а после нескольких пожаров было переоборудовано под склад. В результате длительной эксплуатации не по назначению и отсутствия должного ухода здание пришло в упадок: были утрачены купола, кресты, повреждены крыша и окна.
В конце XX — начале XXI века начались попытки восстановления храма. Силами местных жителей и волонтеров были проведены работы по очистке и частичной реставрации придела во имя святого Георгия Победоносца, где возобновились богослужения. Тем не менее, основное здание храма остается в полуразрушенном состоянии, требуя значительных усилий и средств для полного восстановления.
