Собор Вознесения Господня расположен в Центральном административном районе города Твери,  на пересечении Тверского проспекта и улицы Советской.

История возникновения собора уходит вглубь веков. Известно, что до 1612 г. возле настоящей церкви стояла деревянная, с тем же наименованием. Рядом находилась также деревянная церковь во имя Богоявления Господня. Это были небольшие приходские соборы (теплый и холодный). Оба были сожжены во время польско-литовской интервенции. В 1624 году церковь Вознесения была отстроена заново, а в 1709 году здесь опять возвышались две церкви — Вознесения и Богоявления. Но в 1725 году Богоявленская церковь сгорела и больше не возобновлялась.

Позже на этом месте, перекрестке дорог, была устроена деревянная церковь во имя Вознесения Господня с престолом Богоявления. Но и этот храм простоял недолго. Он сгорел дотла во время сильного пожара. Через некоторое время прихожане просили разрешения строить на этом месте новую церковь, уже каменную, с тем же наименованием и с тем же приделом. Была дана храмосдательная грамота. В 1751 г. придел Богоявления был закончен строителями «чистыми образами и всяким церковным облачением убран» и освящен.

Строительство самого собора продолжалось еще почти 9 лет, а в 1760 году был освящен и главный придел. Но и этот собор простоял недолго. 19 мая 1763 года  в Твери случился опустошительный пожар. Погорела и только что возведенная церковь. Но прихожане сумели быстро восстановить придел Богоявления, который в сентябре был освящен. В нем возобновились богослужения. Сам же собор восстанавливался долго. Наконец, в 1768 году было восстановлено внутреннее убранство.  Храм был полностью построен и освящен.  В 1805 году у собора была возведена новая колокольня.

Шло время. Велось обширное каменное строительство в центре Твери. В городе работали такие замечательные мастера, как К. Росси, Н. Легранд и И. Львов. Находившийся в центре города собор с немодной уже «барочной» декорацией перестал удовлетворять сиятельных владельцев и прихожан. Встал вопрос о его перестройке.  В 1818 году прихожане и священники попросили разрешения разобрать собор и на его месте построить новый, более просторный, с приделами Антония и Феодосия Печерских и Богоявления Господня. К прошению прилагался проект церкви, подписанный губернским архитектором Н. Леграндом. Но средств на эти работы не нашлось. Собор решили расширить путем устройства нового придела. В 1831 году был закончен и освящен придел Антония и Феодосия Печерских. В 1833 году в праздник Вознесения Господня был освящен весь  храм с новым позолоченным иконостасом и покрытыми росписями стенами. И только в 1836 году был освящен придел Богоявления Господня.

Собор стал подлинным украшением города. При строительстве широко применялся белый камень,  из которого были выполнены колонны, карнизы, цоколь, ступеньки храма и колокольни. Собор был выкрашен охрой, детали декора побелены. Применялась роспись как внутри, так и снаружи. С помощью росписи в портике была создана уникальная имитация  объемных рельефов в технике гризайли.  Были вызолочены главка и кресты на соборе  и колокольни. Крыша и купол были покрыты луженым железом. Широко применялось кованое железо, из которого были выполнены решетки на окнах и дверях. Оконные переплеты и двери были тонированы под мореный дуб.

Все в обличии сооружения было продумано до мельчайших подробностей. Собор выглядел величественно. К сожалению, проследить полностью хронологию перестроек невозможно — архивный фонд по храму уцелел не полностью. В основном это небольшие ремонтные переделки.

После революции в 1922 году из Вознесенского Собора комиссией по изъятию церковных ценностей были конфискованы утварь и иконы. А в 1935 году храм был закрыт. С 1936 году в здании находилась экспозиция областного краеведческого музея. Осенью 1941 года были временно возобновлены Богослужения. В 1972 году здание было передано под выставочный зал Областной промышленной выставки. При этом была произведена его значительная перестройка: сделаны межэтажные перекрытия, заменена отопительная система, с восточной стороны пристроен пандус.

В 1991 году по просьбе верующих людей началась работа по передаче собора Церкви. 7 января 1993 года, на Рождество Христово, в храме состоялась первая служба