Вознесенский собор был заложен и освящён при основании города Новочеркасска в 1805 году, в праздник Вознесения Господня. Фактически же строительство началось только 1 октября1811 года. Автором проекта был архитектор Алоизий Руска. Перед строительством храма были проведены большие землеустроительные работы по выравниванию прилежащего к будущему храму проспекта (ныне Платовский проспект). После того, как в 1818 году братья Руска 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 Ивана Вальпреде.
Строящийся третий Вознесенский собор в Новочеркасске около 1891—1901 года. Кладка фундамента.
В 1891 году казаками было принято решение приступить к строительству третьего варианта собора, проект разработал академик архитектуры Александр 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 мая1905 года.
После окончания строительства Собора, в связи с приближающимся 100-летием Великой Отечественной войны 1812 года, 4 (17) октября 1911 года были с почестями перезахоронены в новой усыпальнице в нижнем храме Покрова Пресвятой Богородицы казачьи военные герои Отечественной войны 1812 года атаман Донского казачьего войска, граф генерал М. И. Платов, граф генерал В. В. Орлов-Денисов, генерал И. Е. Ефремов, и герой кавказских войн генерал Я. П. Бакланов).
Памятная доска на стене Вознесенского войскового собора в Новочеркасске об усыпальнице Донских военных героев
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 воздействиям среды — заливалось, засыпалось снегом. Была выведена из строя система отопления. В 1934 году Вознесенский собор был закрыт, здание использовали 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.
С 1986 года по 1994 год в Вознесенском кафедральном соборе служил архимандрит Модест (Потапов). В 1989 году он был назначен настоятелем собора. Архимандрит Модест начал процесс восстановления и реставрации собора.
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.
Один из интерьеров собора
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[1]. Новочеркасский собор стал вторым Патриаршим собором в России. До этого Патриаршим был Успенский собор Московского Кремля. В 2015 году Банк России выпустил памятную серебряную монету номиналом 3 рубля с изображением собора.
Новочеркасский войсковой Вознесенский кафедральный семиглавый собор был построен в неовизантийском стиле. Он относится к типу крестово-купольных храмов. Центральный полусферический купол над главным нефом обрамляют четыре купола четырёхъярусных колоколен. С западного входа пристроена главная колокольня с куполом, выполняющая роль главного входа с папертью. С восточной стороны собор ограничивает полукруглая двухъярусная апсида с 7-м куполом. С севера и юга также имеются две трёхоконные апсиды. Купола вознесены на барабанах с колоннами, арками и кокошниками на восьмиугольных основаниях (восьмерик на четверике). Храм вознёсся на высоту 74,7 м, уступив по размерам только храму Христа Спасителя и Исаакиевскому собору, вмещает около 5000 прихожан. Размеры храма: длина внутри — 72,5 м, длина снаружи — 76,8 м, ширина внутри — 57,6 м, ширина снаружи 62 м, полная высота внутри храма — 51,2 м, с крестом — 74,7 м. На каждом портале предусматривалось разместить по шесть колонн высотой 13 м и диаметром 1,5 м.
Надвратная икона и часы
Затраты на строительство составили около 2 млн рублей. На колокольне разместили девять колоколов общим весом около 33 тонн. Колокола поднимали вручную канатами.
Первоначально все купола собора были покрыты червонным золотом, а главный крест инкрустирован горным хрусталём. Работы по золочению куполов проводила фирма Семёна Абросимова из Санкт-Петербурга. Высота центрального купола с крестом достигает 74,7 м. На фасаде собора фирма «Альтшвагер» в 1902 году установила часы диаметром около 2 м. Часовой механизм был внутри собора.