Предположительно, с XVI века в Звенигороде существовала деревянная Вознесенская церковь, которая после Смутного времени получила статус патриаршего храма. В июле 1790 года священник этой церкви Иаков Семёнов с прихожанами обратился в Московскую Духовную Консисторию с просьбой о строительстве нового каменного храма на более удобном месте. В 1792 году был возведён каменный храм в стиле классицизма, ставший центральным элементом Нижнего посада города.
Архитектурно храм представлял собой однокупольное здание с тремя престолами: главным — в честь Вознесения Господня, правым — во имя святителя Николая Чудотворца и левым — в честь Толгской иконы Божией Матери. Фасады храма были украшены пилястрами и завершались треугольными фронтонами, что придавало зданию величественный и торжественный вид.
В конце XIX — начале XX века Вознесенский собор играл важную роль в духовной жизни Звенигорода. Его посещали московские епископы и митрополиты, проводя здесь богослужения и церковные мероприятия. В августе 1914 года, во время пребывания в храме епископа Можайского Димитрия, было объявлено о начале Первой мировой войны, и он призвал звенигородцев встать на защиту Отечества.
В 1930 году храм был закрыт, а в 1941 году здание было полностью разрушено. На протяжении нескольких десятилетий на месте храма не проводилось никаких строительных работ.
В 1998 году на месте разрушенного храма была построена часовня-памятник, что стало первым шагом к восстановлению исторической справедливости. В 2003 году, благодаря инициативе главы Звенигорода Леонида Оскаровича Ставицкого, был создан попечительский совет, началась активная подготовка к возрождению Вознесенского храма. 14 декабря 2003 года митрополит Крутицкий и Коломенский Ювеналий совершил закладку нового храма на его историческом месте.
Перед началом строительных работ было проведено комплексное исследование участка. Строительство нового храма велось с учётом исторических и архитектурных особенностей предыдущего здания. В период с 2003 по 2007 годы был возведён новый Вознесенский собор, который стал неотъемлемой частью архитектурного облика Звенигорода.
