Храм Вознесения Господня, известный также как "Вознесения Господня, что в Сторожах" или "Большое Вознесение", впервые упоминается в письменных источниках 1619 года. В 1685–1689 годах, на территории сгоревшей здесь деревянной церкви, матерью Петра I, царицей Натальей Кирилловной Нарышкиной, чей двор располагался на месте нынешнего Столового переулка, возводится каменный пятиглавый Вознесенский храм с шатровой колокольней и приделами Владимирской иконы Божией Матери и Святителя Николая. В конце XVIII века по инициативе светлейшего князя Григория Александровича Потемкина-Таврического на принадлежащем ему участке начинается строительство нового храма. Большой каменный собор предназначался для чинов лейб-гвардии Преображенского полка. В храме, в частности, предлагалось освящать браки в присутствии императрицы. Возможно, именно отсюда пошла легенда о том, что Екатерина II и ее фаворит, создатель Черноморского военного флота Г.А. Потемкин, якобы тайно обвенчались именно в храме Вознесения. Существует мнение, что первоначальное строительство было начато в 1798 году по проекту мэтра Василия Баженова. После смерти Потемкина и Баженова потомки князя приглашают подключиться к работе зодчего Матвея Казакова. Проект для того времени был весьма дорогостоящим, строительство велось медленно. В 1812 году среди многочисленных сгоревших московских строений был и недостроенный храм "Большое Вознесение". К 1816 году была готова трапезная, в которой проводятся постоянные церковные службы. В 1820-е годы строительство возобновляется уже при участии легендарного архитектора Осипа Бове. В 1831 году проект окончательно утверждается; старая церковь Вознесения, построенная еще при Н.К. Нарышкиной, разбирается, за исключением шатровой колокольни, которая будет уничтожена в годы советской власти в 1937 году. В трапезной еще недостроенной церкви Вознесения Господня 18 февраля 1831 года состоялось венчание А.С. Пушкина и Н.Н. Гончаровой. Строительство храма продолжается в 1830-е и 1840-е годы и завершается лишь в 1848 году, под руководством ведущего архитектора московского ампира Афанасия Григорьева. Иконостасы оформляются по проектам потомственного архитектора Михаила Быковского. Освящение собора "Большое Вознесение" состоялось 15 сентября 1840 года. Храм официально назывался «Церковь Вознесения Господня за Никитскими Воротами», однако прихожанам полюбилось более короткое название — «Большое Вознесение» (в отличие от более старой церкви «Малого Вознесения», построенной в 1634 году, официальное название которой «Церковь Вознесения Господня на Никитской в Белом городе»). Прихожане храма, в основном, происходили из среды интеллигенции, дворянства и купечества. Здесь в 1863 году отпевали одного из основоположников русской актёрской школы Михаила Семеновича Щепкина, а в 1928 году — «великую Марию Стюарт» — Марию Николаевну Ермолову.

С началом революции 1917 года храм переживает тяжелые времена. В церкви отпевают юнкеров и офицеров, погибших во время октябрьских событий. В 1920 году во время церемонии венчания дочери Ирины «царь-бас» Федор Иванович Шаляпин декламирует здесь "Апостола". В 1922 году большевиками производится изъятие храмовых ценностей. В 1925 году в храме отслужил свою последнюю службу Патриарх Московский и всея России Тихон. В 1931 году церковь окончательно закрывают, оставшееся имущество экспроприируют. В здании размещается склад, а затем и гараж. Иконостасы разбираются (старинные иконы варварски сжигаются прямо в здании храма), настенные росписи закрашиваются, устанавливаются межэтажные и межкомнатные перекрытия, в апсиде алтаря пробиваются ворота. В 1937 году сносят уникальную шатровую колокольню XVII века. В 1960-е годы в бывшем храме размещается лаборатория высоковольтного газового разряда и молниезащиты Энергетического института им. Г.М. Кржижановского. Все пространство главного придела храма занимает 80-тонная установка для "производства" искусственных молний, стены сооружения сотрясают постоянные взрывы. В 1972 году, к визиту в СССР президента США Ричарда Никсона был произведен косметический ремонт здания. В 1987 году лаборатория была экстрадирована из здания, в котором решили разместить концертный зал. Храм был возвращен Русской Православной Церкви лишь в 1990 году, в нем сразу же возобновились богослужения. Приделы и алтарь были в то время поделены на два этажа, в полу зияли дыры, которые приходилось залатывать подручными средствами, листами фанеры и досками. В начале 1990-х годов была проведена реконструкция здания; в 1993-1994 годах обновили фасады церкви. В 2002–2004 годах на обнаруженном в ходе проведения реставрационных работ фундаменте снесенной шатровой колокольни возводится новая, 61-метровая колокольня по проекту архитектора-реставратора Олега Журина. Проект был основан на фрагментах неосуществленного в XIX веке архитектурного замысла, автором которого был один из крупнейших мастеров московского ампира Федор Михайлович Шестаков, спроектировавший, помимо всего прочего, Церковь Сошествия Святого Духа на Даниловском кладбище. На следующих этапах работ были отреставрированы фасады, восстановлены трапезная и ограда. Патриарх Алексий II освятил новую колокольню весной 2004 года. В 2017–2018 годах были проведены восстановительные работы по реставрации живописи в интерьерах храма, в том числе на стенах и сводах двух приделов, центрального алтаря и подкупольной части храма; укреплен штукатурный слой и удалена засмолившаяся копоть на стенах и сводах трех алтарей; отреставрированы поверхности из искусственного мрамора и лепной декор. В 2018 году церковь «Большое Вознесение» стала лауреатом конкурса Правительства Москвы "Московская реставрация" в номинациях "лучшая организация ремонтно-реставрационных работ", "научно-методическое руководство" и "высокое качество ремонтно-реставрационных работ".

В храме хранятся чудотворные и особо чтимые Иверская икона Божией Матери, икона великомученика Пантелеимона, икона святителя Николая, иконы Божией Матери «Всецарица» и Казанская, образ святого патриарха Тихона, образ преподобного Сергия Радонежского, а также башмачок святого Спиридона Тримифунтского, который издревле почитался на Руси. При храме также действует воскресная школа.