Главный храм Донского казачьего войска. Открыт и освящен в 1905 г. Здесь покоятся останки донских атаманов М.И. Платова, В.В. Орлова-Денисова, И.Е. Ефремова, Я.П. Бакланова.
После того, как в 1818 году братья Руски покинули Россию, строительство собора продолжил архитектор Амвросимов. В 1846 году при сведении главного купола неожиданно обрушилась часть храма. То же самое произошло в 1863 году со вторым вариантом собора, строившимся по проекту И. О. Вальпреде.
В 1891 году казаками было принято решение приступить к строительству третьего варианта собора, проект разработал академик архитектуры А. А. Ященко. 24 марта 1891 года проект был высочайше утверждён. Строительство и оформление храма было полностью завершено к 1904 году, однако здание в целом освятили и открыли только 6 мая 1905 года.
Первоначально все купола собора были покрыты червонным золотом, а главный крест инкрустирован горным хрусталем. Высота центрального купола с крестом достигает 74,6 метров. В советское время с куполов было снято позолоченное медное покрытие, взамен храм должны были покрыть листами железа, но долго этого не делали и здание постоянно подвергалось действиям природной стихии — заливалось, засыпалось снегом, также была выведена из строя система отопления. В 1903—1923 годах ключарем собора был священномученик Захария (Лобов). В 1934 году Вознесенский собор был закрыт, само здание использовалось как склад.
Собор был вновь открыт в 1942 году, во время немецкой оккупации. В послевоенные годы в подвальных помещениях находился продуктовый склад, а наверху шли церковные службы.
В 2001 году начались крупномасштабные реставрационные работы. В 2005 году, к 200-летию Новочеркасска и 100-летию открытия собора реставрация фасада здания была успешно завершена. Оборудована система подсветки и проекций библейских сюжетов на фасад
В 2010—2011 годах купола были вновь покрыты золотыми листами, а в крест вставлен камень из горного хрусталя.
В 2014 году Указом Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Кирилла ко дню Святой Пасхи 2014 года храму Вознесения Господня усвоен статус Патриаршего Вознесенского войскового всеказачьего собора. Новочеркасский собор стал вторым Патриаршим собором в России. До этого единственным Патриаршим собором был Успенский собор Московского Кремля.
