Один из самых крупных православных храмов России соборный храм Вознесения господня был построен на месте прежнего соборного храма с приделами во имя Св. Николая Чудотворца и Св. Дмитрия Ростовского, который к концу XVIII века не мог вмещать всех прихожан. Закладка храма совершилась 22 августа 1845 года. Он строился на пожертвования ельчан по проекту знаменитого русского зодчего К.А. Тона в русско-византийском стиле. Большинство настенных росписей и икон в храме принадлежат кисти выдающихся русских художников А.И. Корзухина и К.В. Лебедева. Ктиторами собора были елецкие купцы Петровы.

По окончании строительства, которое велось на протяжении 44 лет, 22 августа 1889 года состоялось освящение храма. На торжество было разослано 3000 пригласительных билетов. Проводил праздничное богослужение Преосвященный Мисаил, епископ Орловский и Севский, глава Орловской епархии. В 9 часов утра в соборе начался благовест. И сам храм, и вся площадь вокруг него были заполнены народом. Богослужение сопровождалось крестным ходом под стройное пение многочисленного хора певчих и колокольный звон всех елецких церквей. После этого от прихожан, священнослужителей и всех жителей Ельца строителю собора А.А. Петрову была торжественно поднесена икона святого мученика Александра в сребропозлащённой ризе. Завершилось освящение праздничной литургией, которую служило всё священство Ельца во главе с архиепископом Мисаилом.