Свято-Вознесенский собор на протяжении длительного времени выполнял роль главного храма Великих Лук. Но в советское время он использовался как склад. Поэтому после реставрации собор получил далёкий от изначального облик и внутри, и снаружи. А между тем история его уходит корнями в XVI век. На месте, где сейчас стоит собор, до начала XVII века находился мужской Ильинский монастырь, а затем женская обитель. Для неё-то в конце XVII столетия и была построена деревянная Вознесенская церковь. В 1752 году её заменили на каменную.
В каменном Свято-Вознесенском соборе стены были расписаны сюжетами из жизни святых угодников. Среди главных ценностей церкви были мощи многочисленных святых. В 1918 году монастырь упразднили, а в церкви сделали торговый склад. После Великой Отечественной войны в ней и вовсе устроили жильё. При этом фасады церкви претерпели такие изменения, что она стала мало походить на храм. Лишь после 1990 года началась реконструкция церкви. Собор приобрёл новый облик и открыт для верующих.