Первый храм на территории современного Геленджика был построен в 1831 году усилиями гарнизона Геленджикского укрепления, входившего в состав Черноморской укреплённой береговой линии. В 1839 году был возведён деревянный храм с небольшой колокольней. В марте 1854 года, во время Крымской войны, русские войска покинули укрепление, и все постройки, включая церковь, были сожжены.
В 1864 году, после основания станицы Геленджикской в составе Шапсугского берегового батальона, в центре поселения был построен новый деревянный храм, входивший в 20-й благочинный округ Кавказской епархии. К началу XX века, в связи с развитием Геленджика как курортного города и увеличением населения, возникла необходимость в строительстве нового каменного храма. В 1904 году на сельском сходе было принято решение о строительстве каменного здания церкви взамен старого деревянного. На строительство было выделено 10 000 рублей из общественных средств. Проект храма разработал архитектор Васильев, подрядчиком стал владелец строительной конторы и земледелец Гречкин. Строительство велось с 1905 по 1909 год. Внутренние стены храма были расписаны художником Сарахтиным. 6 мая 1909 года, накануне престольного праздника Вознесения Господня, храм был освящён епископом Сухумским Дмитрием.
Архитектурно храм выполнен в традициях русско-византийского стиля, господствовавшего в церковном зодчестве конца XIX – начала XX века. Это пятиглавый храм с центральным большим куполом, имеющий в плане конфигурацию вытянутого креста. Над западным притвором расположена трёхъярусная колокольня. Стены храма выполнены из дикого камня и кирпича, уложенного на портландцементе цементного завода «Солнце».
После Октябрьской революции богослужения в храме продолжались до середины 1930-х годов, затем храм был закрыт. В августе 1931 года в Вознесенскую церковь был назначен священник Дмитрий Легейдо. 21 апреля 1932 года он был арестован по обвинению в антисоветской религиозной деятельности и приговорён к ссылке. В 1937 году был вновь арестован и приговорён к десяти годам заключения. Умер в тюрьме 23 марта 1938 года. В 2000 году причислен к лику святых Русской Православной Церкви.
В 1945 году храм был возвращён верующим, однако в 1950 году вновь закрыт. В 1953 году было принято решение о сносе храма, но здание сохранилось и использовалось как склад школьного имущества. В 1979 году здание церкви Вознесения было признано памятником архитектуры местного значения. В 1984 году здание передали историко-краеведческому музею для размещения археологической экспозиции. Тогда же храм был отреставрирован по проекту архитекторов О. Раенко и С. Малины.
В 1990 году местные власти передали храм православной общине. В 1993 году было совершено освящение храма архиепископом Краснодарским и Кубанским Исидором в честь Благовещения Пресвятой Богородицы. Позже, после завершения восстановительных работ, было совершено освящение главного престола в честь Вознесения Господня. В настоящее время Свято-Вознесенский храм имеет главный престол, освящённый в честь Вознесения Господня, и приставной престол – антиминс, освящённый в честь Благовещения Пресвятой Богородицы.
