Каменный храм был построен в 1799 году. На его месте раньше была деревянная Вознесенская церковь, уничтоженная в 1709 году. Это второе после Воскресенского собора крупномасштабное сооружение в городе. Располагалось на другом берегу реки Кашинки в центральной части города и хорошо просматривалась от Воскресенского собора. Храм был перестроен и расширен в 1857 - 1860 годах на средства купца Терликова, а в 1867 - 1870 годах«приведен в настоящий вид». Как и Воскресенский собор, храм имеет массивный куб с пирамидальной группой пяти куполов. Стоящая отдельно колокольня была построена в 1849 году.

В 1929 году были сняты кресты и разобран иконостас. В 1962 году церковь закрыта для службы и стала использоваться как мебельный склад Кашинторга и клуб ПМК.

После реставрации в 1993 года храм открыт для службы и является кафедральным собором города. 25 июня 1993 года в день памяти св. бл. Анны Кашинской торжественно, с прохождением крестного хода по городу, рака с мощами Анны Кашинской перенесена в Вознесенский храм из церкви Рождества Христова на Горе, куда была помещена в 1986 году. Частицы мощей св. бл. Анны Кашинской в настоящее время находятся во всех церквях Кашина.