Кладбищенский каменный храм заложен 16 июля 1848 года. Строился на средства петрозаводского купца Евдокима Григорьевича Пименова. Освящен 29 декабря 1852 года архиепископом Петрозаводским и Олонецким Аркадием. Три престола — в честь Животворящего Креста Господня, Вознесения Господня, преподобного Антония Римлянина.

С конца 1930-х годов до 1944 года в церкви не было священника.

В 1944 году церковь официально возвращена верующим. До 2000 года статус у церкви кафедрального собора.