Строительство храма было завершено в 1789 году на средства прихожан. Здание представляет собой двухэтажный каменный храм с колокольней и двумя престолами: на первом этаже — в честь святого великомученика Георгия Победоносца, на втором — в честь Вознесения Господня.
В 1870 году к церкви были пристроены два придела: с правой стороны — в честь Преображения Господня на средства, завещанные тюменским купцом И. В. Оконишниковым, с левой — в честь Рождества Пресвятой Богородицы на средства купца 1-й гильдии Е. А. Котовщикова.
После Октябрьской революции в 1929 году церковь была закрыта, а её здание использовалось как клуб кожевенников и химиков. В 1934–1935 годах в храме размещалось общежитие учащихся школы шофёров и комбайнёров Тюменского сельскохозяйственного техникума. Позднее здание было передано Тюменскому овчинно-шубному заводу.
5 июля 1976 года Тюменский облисполком постановил считать здание Вознесенской церкви памятником истории и культуры местного значения. В 1996 году здание церкви было передано Тобольско-Тюменской епархии, а в 2001 году в церкви начались богослужения. В 2003–2005 годах на частные пожертвования была восстановлена колокольня храма, возведён купол и подняты колокола.
Архитектурно храм представляет собой классический тип трапезной церкви. Объём храма, трапезной и притвора-колокольни сомкнуты друг с другом, уменьшаясь размерами в гармоничной пропорции. Кубический храм имеет коробовые сводчатые междуэтажные перекрытия и сомкнутый восьмигранный свод в качестве покрытия. На него установлен световой барабан, а сам свод опирается на ступенчатые прямолинейные паруса. Алтарные пространства перекрыты гранёными полусомкнутыми сводами, зимняя трапезная имеет коробовые сводчатые покрытия. Ярусы колокольни перекрыты плоскими конструкциями. Сама колокольня относится к типу «восьмерик на четверике». Алтарь, храм и трапезная имеют одноглавые верха, установленные на высокие барабаны, из которых центральный — световой.
В интерьере второго этажа (летняя церковь) доминирует двухсветный храм, открывающийся в алтарь и трапезную широкими арочными проёмами.
