Строительство храма началось в 1841 году и продолжалось до 1859 года. Инициаторами и основными благотворителями строительства выступили спасские купцы Василий Кузьмич Бунчиков и Николай Гаврилович Маков. К строительству также привлекались другие местные купцы, включая И. М. Романова, И. Ф. Караушева, Г. Е. Жданова и М. Г. Симонова. Для изготовления кирпича были наняты мастера из Краснослободска, которые по договору обязались изготовить 300 тысяч кирпичей определённых размеров. Кирпич обжигался дровами, и стоимость тысячи кирпичей составляла 600 рублей серебром.
Архитектурный облик собора соответствует стилю русско-византийского направления в его провинциальной трактовке. Здание представляет собой четырёхстолпный пятикупольный храм с продольно-осевой композицией. Основной объём соединён с восточной стороны трёхчастной апсидой, а с западной — двухстолпной трапезной под двухскатной крышей, к которой примыкает высокая четырёхъярусная колокольня. Северный и южный входы выделены ризалитами. Фасады украшены аттиками с полуциркульными закомарами и круглыми медальонами, окна имеют арочные проёмы.
В храме было освящено пять престолов: три в основной части — в честь Вознесения Господня (главный), святого Иоанна Предтечи и святителя Николая Чудотворца; два в трапезной — во имя святителя Василия Великого и Казанской иконы Божией Матери. В 1887 году при храме была открыта церковно-приходская школа, расположенная в одноэтажном кирпичном здании на юго-западной стороне церковного участка. Здание школы имело прямоугольную форму, вальмовую крышу, лучковые окна с нишами и пилястрами, и карниз на консолях.
В период советской власти храм подвергся закрытию, предположительно в 1938 или 1939 году. Однако уже через год он был вновь открыт и продолжил функционировать. К 1939 году это был единственный действующий православный храм в Спасском районе. В 2013 году указом Патриарха Московского и всея Руси Кирилла храму был присвоен статус соборного.
