Строительство Кафедрального собора Вознесения Господня в Магнитогорске началось в 1989 году по инициативе протоиерея Флора Бондеко, благочинного Магнитогорско-Карталинского округа. Проект был разработан архитектором Анатолием Волобуевым в стиле крестово-купольных храмов Древней Руси XIV–XV веков. Место для строительства выбрано не случайно: ранее здесь находилась станица Магнитная с храмами, затопленными в 1937 году.
Финансовые трудности, вызванные распадом СССР, приостановили строительство в 1991 году. Работы возобновились в 1998 году при поддержке Магнитогорского металлургического комбината и более 300 городских предприятий. Первое богослужение состоялось в январе 2003 года, хотя строительные работы ещё не были завершены.
В декабре 2003 года в храме произошёл пожар, повредивший иконостас, росписи и алтарь. Несмотря на это, 16 июля 2004 года состоялось освящение собора, приуроченное к 75-летию Магнитогорска. Повторное освящение прошло 1 июля 2005 года с участием митрополита Калужского и Боровского Климента.
В 2014 году указом Святейшего Патриарха Кирилла храму присвоен статус кафедрального собора с изменением названия на «Кафедральный собор Вознесения Христова». Собор стал центром Магнитогорской епархии, образованной в 2012 году.
Архитектурные особенности включают семикупольную структуру, высоту 42 метра до вершины купола и 52 метра с крестом. Иконостас высотой 15 метров содержит 108 икон, созданных мастерами Троице-Сергиевой лавры. В храме находятся частицы мощей десяти преподобных отцов Киево-Печерских.