Заложена в 1884 г. и освящена 5 ноября 1889 г. Вознесенская церковь заменила старую деревянную церковь св.Димитрия Ростовского, которую разобрали в 1897 г. Новый храм строился исключительно на средства, собранные кладбищем за подмогильные места. Сооруженная по проекту Владимира Николаева в псевдовизантийском стиле церковь композиционно завершила формирование регулярно спланированного ансамбля новой части некрополя. Крестово-купольное сооружение с пирамидальной композицией увенчано куполом на высоком граненом барабане с узкими витражными окнами. Притвор и боковые фасады завершены монументальными закомарами с окнами-трифориями. Боковые апсиды перекрыты конхами.

В июле 1920 г. советские органы зарегистрировали при храме приходскую общину. В 1920-х годах церковь была передана так называемой "синодальной" (обновленческой) общине. В конце 1930-х годов храм был закрыт. Однако в 1941 г. с началом нацистской оккупации Киева служба в Вознесенской церкви возобновилась (в 1941—43 гг. богослужения велись на украинском языке).

В 1960-х годах храм был снова закрыт и преобразован в мемориальный зал Байкового кладбища. В феврале 1988 г. инициативная группа верующих повела борьбу за возвращение храма Церкви.

17 августа 1990 г., вскоре после малого освящения, состоялась первая служба Божья в стенах храма. В наше время он принадлежит УПЦ-КП.