Вторым после Воскресенского собора крупномасштабным сооружением в центральной части Кашина стала Вознесенская церковь. Строительство ее было начато в 1799 году, когда возводился и новый городской (Воскресенский) собор. Расположенные на разных берегах Кашинки, они находятся в поле зрения друг друга. Перепад микрорельефа на площади, где стоит Вознесенский храм, был использован строителями, выбравшими место не посередине ее, а немного южнее, на подъеме.

Хотя начало переустройства Вознесенской церкви относится к 1849 году, некоторое время до этого храм находился в самом плачевном виде. Кроме возведенной внешней кладки стен, не было ничего; главный храм стоял не достроенный, не увенчанный даже крестами. Вследствие несогласия между архитектором и строителем храма, кашинским купцом Н. В. Терликовым, по поводу будто бы малой прочности стен храм был запечатан с запрещением дальнейшего производства работ. С поступлением молодого священника дела принимают другой оборот: начинаются усиленные хлопоты и ходатайство о новом осмотре и освидетельствовании церковного здания, снятии печатей и разрешении на продолжение строительства. После осмотра новым архитектором и комиссией здание признано совершенно прочным, и дано разрешение на дальнейшие работы.

Но в 1865 году неожиданно умирает Терликов, производивший всю постройку Вознесенского храма на собственные средства, не оставив завещания, и в связи с бедностью прихода работы опять были приостановлены.

Только через полтора года, при участии добрых людей, а главное, благодаря опытности и энергии священника Матфея Малиновского и горячему участию церковного старосты П. А. Дорогутина, внутренняя и внешняя отделка храма успешно и быстро была доведена до конца. Величественные стены и арки были покрыты отличной лепной работой, сооружается изящный иконостас, впоследствии весь вызолоченный. Иконы в иконостасе были написаны в известной ярославской мастерской Е. К. Дьяконова. Эти иконы и в настоящее время обращают на себя внимание отчетливостью и мягкостью письма; особенного внимания заслуживают иконы итальянской живописи – святителя Николая Чудотворца и Господа, возседящего на престоле, написанные художником Орловым.

В 1870 году работы были закончены, и последовало освящение главного храма, который строился более 20 лет. Тем не менее при недостаточности средств приведение церкви в совершенно законченный вид и обогащение ее разного рода церковною утварью завершилось намного позднее. Только в 1900 году, по завершении отделки стен и сводов живописными картинами, храм, можно сказать, получил вполне законченный и благоустроенный вид, и своим блеском, обилием света и чистотой производит сильное впечатление на каждого посетителя.

Интереснейшим памятником позднего классицизма является отдельно стоящая колокольня, построенная по проекту тверского губернского архитектора И. Ф. Львова в середине XIX века.

Многоэтапный процесс создания Вознесенской церкви раскрывает постепенную адаптацию местного зодчества к новым стилевым принципам. В этом произведении на всех уровнях художественной структуры своеобразно преломились приемы классицизма, на которые движение времени наложило печать эклектики.

Но в 1929 году были сняты кресты и разобран иконостас Вознесенского храма. В 1962 году церковь была закрыта и стала использоваться как мебельный склад Кашинторга и клуб ПМК. В конце 1980-х храм передали Кашинскому краеведческому музею. В эти годы было найдено и возвращено в церковь большинство икон из главного иконостаса, реставрацию которого осуществили петербургские реставраторы под руководством Н. А. Тимофеева.

После реставрации в начале 1990-х годов храм был открыт для службы и получил статус кафедрального собора Кашина. 25 июня 1993 года, в день памяти святой благоверной княгини Анны Кашинской, торжественно, с прохождением крестного хода по городу, рака с ее мощами была перенесена в церковь Вознесения из церкви Рождества Христова на Горе, куда была помещена в 1986 году. Сегодня святые мощи преподобной открыты для всех желающих приложиться к ним, получить защиту и помощь, обрести силу всем страждущим и претерпевающим скорби. Частицы мощей святой Анны Кашинской в настоящее время находятся во всех церквях города.