Karpiński dokonał uroczystego aktu wmurowania kamienia węgielnego pod budowę. Błogosławieństwa udzielił metropolita tobolski Warłaam. 2 września 1801, z błogosławieństwem metropolity permskiego Justyna, protojerej Karpiński konsekrował dolną świątynię, która dedykowana została Narodzeniu Matki Bożej. Protojerej Karpiński konsekrował także górną świątynię, pod wezwaniem Wniebowstąpienia Pańskiego, która nadaje nazwę całej cerkwi. Stało się to 25 lipca 1818, a błogosławieństwa znów udzielił metropolita Justyn. Całość wzniesiona została w stylu rosyjskiego baroku.
W XIX wieku cerkiew była parokrotnie przebudowywana. Dobudowano w sumie cztery kaplice. Po północnej stronie, w górnej części, kaplicę poświęconą św. Mitrofanowi z Woroneża, konsekrowaną w 1848. Natomiast w dolnej części cerkwi, kolejna kaplica została wzniesiona została w 1890, a za patrona otrzymała ona proroka Eliasza. W 1852 od południowej strony, w dolnej świątyni, konsekrowano kaplicę Zwiastowania Bogurodzicy. W 1889, w górnej świątyni, oddano do użytku kaplicę Kazańskiej Ikony Matki Bożej. Przebudowy te sprawiły, że jekaterynburska cerkiew Wniebowstąpienia Pańskiego stała się swego rodzaju mieszaniną dwóch architektonicznych stylów: rosyjskiego baroku i bizantyńsko-ruskiego. Wykazuje ona też pewne elementy rosyjskiego klasycyzmu.