Двадцать второго августа 1845 года торжественный звон-благовест всех семнадцати елецких церквей возвестил о закладке крупнейшего храма Ельца - Вознесенского собора. Огромное здание, на постройку которого только кирпича по смете требовалось более 10 миллионов штук, предполагалось построить за 6-7 лет. Но прошло ровно 44 года с момента торжественного богослужения в честь основания храма до торжества по поводу его освящения, состоявшегося 22, 24, 26 августа 1889 года.
Но за 44 года собор так и не был окончательно достроен. Не были выполнены предусмотренные проектом ажурные крыльца над северным и южным входами, храм остался без мощной колокольни, которая должна была взметнуться на семь метров выше креста главного купола, не полностью была закончена роспись стен.
Первый проект собора был разработан в 1824 году в классическом стиле "итальянской архитектуры". Его размеры поражали воображение храм должен был иметь 104 метра в длину и 39 метров в ширину. Проект был одобрен епархиальным начальством, но дальше дело не пошло. Массовое строительство каменных церквей в первой половине прошлого века испытывало затруднения из-за разработки проектов. И царское правительство издало сборник типовых чертежей храмов различных размеров. Их автором был придворный архитектор Константин Андреевич Тон(1794-1881). По проектам К.А. Тона были построены Большой Кремлевский дворец, Оружейная палата Московского кремля, здания вокзалов в Москве и Петербурге, знаменитый храм Христа Спасителя в Москве.
В мае 1842 года ктитор Иван Герасимович Петров отправился в Москву просить самого Тона составить проект и смету храма. Заказ был принят. Уже в ноябре архитектор прислал проект, а в мае следующего, 1843 года, - смету. В том же году проект был одобрен в Главном управлении путей сообщения и публичных зданий и "высочайше утвержден".
Вознесенский собор в Ельце является ярчайшим представителем официального русско-византийского стиля в архитектуре. По своему объемно-планировочному решению собор восходит к традициям, сложившимся на Руси к XVII веку. Такого рода обращения к истории существовали и прежде.
Объемно-планировочная структура собора традиционна: с восточной части кубический объем пятиглавого храма с пониженными полукружьями трех апсид, средняя из которых больше боковых, далее к западу трапезная, и завершать композицию с запада должна была вертикаль колокольни с крыльцом-сенью (недостроены).
Все элементы оформления: кокошники в основаниях барабанов глав и завершения объема храма, луковицы глав, крыльца-сени, пучки колонн, пышные завершения наличников - все элементы имеют прямые аналоги в архитектуре Руси.
В целом Вознесенский собор ценен как образец высокой строительной культуры России середины XIX века и как важнейший элемент градостроительной структуры Ельца.