Село Сунчелеево известно с 1700 года и было основано чувашами. В дореволюционных источниках оно также упоминается под названием Вознесенское. В XVIII — первой половине XIX века жители относились к категории государственных крестьян, основными занятиями которых были земледелие и скотоводство. С 1743 года крещёные чуваши села относились к приходу церкви села Кутуши, однако позже в Сунчелеево был образован собственный приход.
В 1796 году в селе была построена деревянная церковь во имя Вознесения Господня с приделом Архангела Михаила. В 1868 году храм был заново отстроен на том же месте.
В 1861 году при храме была открыта церковно-приходская школа, которая в 1879 году была преобразована в земскую. В 1912 году школа была переведена в новое здание.
В советский период храм был закрыт, и его здание использовалось под различные нужды. В начале 1990-х годов, по инициативе верующих и при поддержке местных властей, началось восстановление храма. В 1993 году храм был вновь освящён и открыт для богослужений.