Некогда в Старице был женский Вознесенский монастырь, но время и деяния людские оставили живущим сегодня возможность лицезреть только остатки белокаменной Вознесенской церкви. Время основания этого монастыря — неизвестно. Некоторые авторы, указывая на местные предания, относят появление Вознесенского монастыря к царствованию Ивана Грозного. Подобное предположение вполне правдоподобно, если принять во внимание то обстоятельство, что Грозный жил некоторое время в Старице и украсил город несколькими постройками. На территории монастыpя находились мощи местночтимой святой Пелагеи, принявший мученическую кончину во время одного из польских разорений начала ХVII в.
Строительство нового белокаменного двухпрестольного двухэтажного храма по проекту петербургского архитектора (к сожалению, в расходных книгах монастыря его имя не упоминается) было начато в 1755 году. К 1761 году закончили и освятили Знаменскую церковь в нижнем этаже, а в 1763 году освятили верхний Вознесенский храм. По указу Екатерины II, предполагавшему изъятие у Церкви значительного количества земель, монастырь был упразднен, а Вознесенский храм стал приходской церковью с тем условием, что немногочисленные монахини останутся при ней. В 1794 году была увеличена на один ярус и увенчана шпилем трехъярусная колокольня.
До 1755 г. Пелагея, сестра патриарха Иова, была погребена под отдельной часовней, а затем по разрешению епископа Вениамина была построена новая Вознесенская церковь. Мощи подвижницы были перенесены сюда и погребены под надгробной плитой в нижнем этаже близ придела иконы Знамения Божией Матери. Над ней была поставлена икона с изображением мученицы Пелагеи, преподобной Пелагеи и преподобной Параскевы (в миру инокиня носила имя Параскева).
В 1930-х гг. в храме хотели устроить клуб, затем в здании церкви предполагали разместить экспозицию, посвящённую народному хозяйству. Но реконструкция здания не была доведена до конца, и оно осталось без кровли и потолочных перекрытий.
В 1935 году храм был закрыт, а затем сильно пострадал во время немецкой оккупации. В 1950-х годах его попытались приспособить под клуб, для чего разобрали остатки венчающего собор восьмерика, все своды и верхние ярусы колокольни. Тогда же, с запада пристроили большой двухэтажный тамбур. Но эти работы не были завершены, и сегодня один из древнейших храмов Старицы находится на грани исчезновения.
В середине 1980-х гг. при постройке гаражей на глубине около метра были обнаружены мощи блаженной Пелагеи. Надгробная плита была отодвинута, а мощи разбросаны внутри церкви.
Летом 2002 года здесь были обнаружены останки местночтимой схимонахини Пелагии, матери или сестры первого российского патриарха Иова.