Кирпичное здание церкви имеет в плане прямоугольную форму и двухсветный основной объём. Трёхчастный притвор состоит из прямоугольных в плане объёмов, образующих симметричную композицию. В среднем объёме большего размера, увенчанном фигурным парапетом, расположен главный вход. Металлический козырёк луковичной формы опирается на резные деревянные кронштейны. В боковых объёмах располагаются оконные проёмы с лучковыми перемычками, подчеркнутые подоконным карнизом и прямоугольными нишами. Углы трёхчастного притвора фланкируются плоскими пилястрами. С левой и правой стороны к притвору примыкают одноэтажные строения с односкатной крышей, имеющие отдельные входы с улицы.

Западная стена трапезной завершается треугольным фронтоном. За ним возвышается надстроенная, прямоугольной формы, двухъярусная колокольня. Ярусы разделены широким профилированным карнизом с большим выносом. Проёмы в колокольне имеют полуциркульные перемычки, оформлены подоконными нишами. Углы второго яруса выделены трёхступенчатыми пилястрами. Четырёхскатная крыша колокольни завершается конусообразным шпилем с металлическим православным крестом.

Центральный, прямоугольный в плане объём здания увенчан круглым световым барабаном с куполом и луковичной главкой над ним. Оконные проёмы барабана с полуциркульными перемычками выделены профилированными наличниками, объединены карнизным пояском. На северный и южный фасады центральной части храма выходят треугольные фронтоны, акцентирующие входы в здание. Таким же фронтоном венчается восточная стена храма, имеющая симметричную, трёхчастную композицию фасада. Центральной частью является апсида, решенная в виде прямоугольного ризалита. Слева и справа от нее расположены прямоугольные оконные проёмы, такие же проёмы выходят на северный и южный фасады. Северо-восточный и северо-западный углы здания скруглены и слегка утоплены, образуя полуколонны.

Спасо-Вознесенскому собору принадлежали также каменный двухэтажный дом с подвалом и антресолью, деревянный одноэтажный флигель во дворе с деревянными надворными службами, каменная одноэтажная сторожка, деревянная сторожка на городской площади с юго-западной стороны собора.

В 1843 г. в Самаре была построена Вознесенская церковь. Первоначально это была однокупольная базилика с колокольней из девяти колоколов, увенчанная тонким шпилем. Собор возвышался над окружающим пространством и р. Волгой, так как стоял на вершине крутого оврага. С образованием в 1851 г. Самарской губернии и открытием епархиального управления Вознесенская церковь была временно сделана кафедральным собором во имя Христа Спасителя (до постройки в 1894 г. на Соборной пл. – ныне пл. имени Куйбышева – нового кафедрального собора) и стала называться Спасо-Вознесенским собором.

Церковь имела главный престол во имя Вознесения Господня, освящённый в 1843 г. и два придела: во имя архангела Михаила, освящённый в сентябре 1845 г., и во имя великомученика Пантелеймона и преподобного Павла Комельского, освящённый в январе 1895 г.

В 1897 г. при соборе была открыта женская церковно-приходская школа, она помещалась в верхнем этаже каменной церковной сторожки.

В январе 1930 г. по решению президиума Самарского горсовета Вознесенская церковь была закрыта и передана Крайпромкредсоюзу для переоборудования под клуб кустарей.

Документ принятия объекта на охрану: Постановление Правительства Самарской области от 29.12.2014 № 853.

Регистрационный номер в ЕГРОКН: 631510266390005.