Вознесенский кафедральный собор был заложен 18(30) мая 1805 года. Первый проект храма разработал архитектор А.И.Руска. В 1846 г., когда строители начали возводить главный купол, собор неожиданно обрушился из-за слабого фундамента, выложенного из малопрочного камня-известняка. Второй проект собора разработал академик архитектуры И.О.Вальпреде. Но его осуществить тоже не удалось. 1863 г. обрушился главный купол из-за поспешной кладки.

Проект храма в "нововизантийском стиле" составил архитектор А.А.Ященко. В 1905 г. собор был торжественно открыт. Высота собора составляет 74,6 метра, после Исаакиевского собора в Петербурге он является самым крупным храмом России. Иконостас работы Сильвестра Тоннито выполнен из каррарского мрамора.

Кроме живописи на сюжеты Нового и Ветхого Заветов,
в соборе находятся картины художников
И.Ф.Попова, Т.К.Петрусевича, Ф.С.Казачинского
на темы истории донского казачества.