Здание Вознесенской церкви стоит на одной из самых высоких точек Екатеринбурга, так называемой Вознесенской горке, в квартале улиц Карла Либкнехта (бывший Вознесенский проспект), Мамина-Сибиряка (бывшая Водочная), Клары Цеткин (бывший Вознесенский переулок) и Шевченко. Строительство каменной Вознесенской церкви началось в 1792 году, это одна из немногих хорошо сохранившихся культовых построек Екатеринбурга. Колокольня храма продолжает оставаться одной из главных вертикалей в силуэте северо-восточной части городского центра. Объемно-пространственная композиция церкви имеет подчеркнуто продольную ориентацию «кораблем» и относится к распространенному на Урале типу двухэтажных храмов. К восточной стене храмового четверика примыкает полукруглая апсида. Объем западного притвора и двух нижних ярусов колокольни поглощены расширительными пристройками с четырьмя придельными храмами крытой папертью и двумя лестницами. В облике восточной части памятника преобладают черты петербургской архитектуры первой трети XVIII века. Западная часть церкви — пример эклектики второй половины XIX века. Перестройка здания велась под руководством местных архитекторов Н. Шулаева и К. Турского с 1847 по 1890 год.
Образец культового здания с использованием форм позднего барокко; приделы решены в «русско-византийском» стиле с отдельными элементами классицизма.