Первая вознесенская церковь стала основной архитектурной доминантой образованного села на берегах реки Камы. История храма напрямую связана с поселением, ставшим основой будущего города Сарапула. В источниковой базе не сохранилось сведений о строительстве первой деревянной церкви. В Сарпульской дворцовой слободе действовала деревянная соборная церковь сгоревшая в ночь на 9 июня 1776г. 2 июля 1776г. епископом Вятским и Великопермским Лаврентием выдана храмозданная грамота №1555 на строительство небольшой деревянной церкви. Однако в 1777г. на Соборной площади приступили к строительству каменного собора. Главный престол освящен 16 марта 1785г. Трапезная заложена в 1790-е гг. и престолы освящены в 1800-е гг.[1]
Здание Вознесенского собора возвышалось на небольшом плато прямоугольной формы, в историческом ядре Сарапула.
Основной кубический объем с традиционным позакомарным покрытием увенчан крупной световой главой (в центре) с цилиндрическим барабаном. Крупный одноапсидный закругленный алтарь с высокой купольной кровлей понижен и слегка сужен по отношению к основному объему. За основу взято традиционное пятиглавие. Общую компактную композицию несколько нарушает широкая прямоугольная трапезная с многоскатной кровлей. Апсида и трапезная понижены до уровня первого света четверика и объединены одной горизонталью, опоясывающего их карниза. С запада примыкает колокольня состоящая из четырех четвериков одного в плане размера. Нижний ярус скрыт крытой папертью и боковыми крыльями. Ярусы звонов прорезаны широкими арочными проемами. Венчает колокольню невысокий шатер с кокошниками у основания и главкой на глухой шейке. Трехосевые боковые фасады четверика (с входным проемом в центре) разделен карнизом на два яруса. Фланкируют оси рустованные лопатки. Карниз четверика по лопаткам раскрепован. Убранство фасадов четверика выдержано в формах XVII в.: цокольный пояс с поребриком, карниз с пилой и по четыре круглых кокошника на каждой из сторон. Наиболее нарядны наличники окон четверика и алтаря, обрамленные полуколонками с бусинами и двойными щипцами завершенными волнистыми архивольтами. В традиционном декоре прослеживается стилистика позднего Вятского барокко характерного для артели семьи Горынцевых. Семь осей каждого фасада трапезной обрамлены сплошными рамочными профильными наличниками. Оси поддержаны подоконными досками и плоскими выступами над поемами. Фланкирующие оси выделены лопатками. Завершает фасады трапезной широкий пояс между карнизами.
Наиболее представительны фасады колокольни, целиком выдержанные в формах раннего классицизма. Каждую арку с импостами в пятах фланкируют двойные лопатки огибающие углы. Делят ярусы широкие выносы мощных карнизов. Верхний ярус приподнят широким поясом из ширинок. Убранство фасадов трапезной и колокольни традиционно для творчества Вятского губернского архитектора Ф.М.Рослякова.
Помещение храма перекрыто сомкнутым сводом. Апсида — коробовым с конхой. Трапезная, с четырьмя столбами, перекрыта системой крестовых сводов, опирающихся на арки между столбами и стенами. Нижний ярус колокольни перекрыт сомкнутым сводом.
Здание Вознесенского собора снесено в 1930-е гг.