Первый деревянный храм в населённом пункте Лемешки появился благодаря помещику, владевшему эти местом, Степану Андреевичу Феофилатьеву в 1692 году и был освящён в честь Вознесения Господня. 27 февраля 7200 (по допетровском календарю) по выписке за пометою Андрея Денисовича Владыкина велено Володимирского уезда Боголюбского стана новопостроенной церкви Вознесения Господня, которую построил Степан Андреев сын Феофилатьев в поместье своем в селе Лемешки на попа с причетники положить вновь дани с дворов по скаске Степана Феофилатьева с попова, с дьячкова, с пономарева, с просвирницына, да с приходских с 1 помещикова, с 20 крестьянских средних, да с церковные земли, что к той церкви дал он же Степан из наместной своей земли по памяти из поместного приказу 7198 года февраля в 13 день за приписью дьяка Гаврила Перекусихина с пашни с 10 чети в поле, а в дву по тому ж, с сенных покосов с 10 копен по указной статье 20 алтын, 3 деньги, заезда гривна и по тому окладу данныя деньги имать с нынешнего 7200 года, 4 марта в 1 день те данныя деньги на нынешней 7200 г. взяты, платил Степан Феофилатьев.
7202 года марта 5 (по допетровскому календарю) по благословенной грамоте дан антиминс ко освящению церкви во имя Вознесения Господня, в Владимирский уезд в Боголюбовский стан в село Лемешки, взял антиминс Благовещенского собору дьякон Алексий и росписался. Известно, что в 1710 году в Вознесенской деревянной церкви служили поп Иван Петров и дьячёк Алексий Иванов. В 1726 году по прошению Александра Степановича Феофилатьева из села Ославское в Лемешки была перевезена разобранная старая деревянная церковь. В Лемешках этот храм был вновь собран, после чего церковь была переосвящена во имя святителя Николая Чудотворца. Храм сделали тёплым, в отличие от холодного Вознесенского.
В нач. ХIХ века вместо двух церквей в Лемешках была построена каменная церковь в стиле позднего барокко. Источники повествуют, что её тёплый придел в трапезной был освящён в 1808 году, а главный алтарь - в 1824 году. В 1857 году к трапезной части, с западной стороны, была пристроена трёхъярусная колокольня. Престолов в церкви было три: в холодной - в честь Вознесения Господня, в тёплой трапезной были устроены два придела - во имя святителя Николая Чудотворца и в честь иконы Божией Матери "Всех скорбящих радость". К Вознесенской церкви были приписаны часовни. Одна их двух часовен находилась на Нижегородском шоссе, другая же располагалась в деревне Грезино, построенная в память о явлении на том месте образа св. муч. Параскевы. Приход состоял из села Лемешки и деревень Квашнино (в 3 верстах от Вознесенской церкви, 28 дворов), дер. Грезино (в 6 верстах), дер. Соболихи и Новой Быковки (в 5 верстах) в коих по клировым ведомостям числилось 519 душ мужского пола и 549 женского пола.
В 1876 году по инициативе местного диакона при пожертвованиях Владимирского купца А. Н. Никитина и бывшего директора народных училищ Ю. С. Чеховича в Лемешках было открыто Лемешенское народное училище. С приходом к власти большевиков, Вознесенская церковь действовала чуть более 10 лет. В конце 1920-х годов над Вознесенским храмом села Лемешки стали сгущаться чёрные тучи. По наускиванию местных богоборцев, якобы по инициативе рабочих бригад фабрики "Организованный Труд" в селе Лемешки на собрании крестьян был поднят вопрос о закрытии Вознесенского храма. В те годы среди крестьян ходила молва о непорядках в церкви. Так, поп Сахаров употреблял деньги, собранные с прихожан на церковные нужды, на упрочение своего благополучия. Мало того, что он ежедневно пьянствует, а из церковной кассы бесконтрольно берёт деньги. Церковный казначей Графский также постоянно жульничает, обманывает безграмотных крестьян и выступает против мероприятий советской власти. В связи с чем, общее собрание крестьян постановило церковь закрыть, помещение использовать под школу. Кроме того, мошенников - попа Сахарова и казначея Графского решено отдать под суд. Было собрано 200 крестьянских подписей за закрытие церкви. Об этом написала газета "Призыв" от 7 января 1930 года.
Спустя некоторое время церковь лишилась колоколов и крестов, которые были безжалостно сброшены с храма. Первоначально церковь пустовала. Официальное закрытие храма состоялось в 1941 году, перед Великой Отечественной войной. В 1950-е годы, при строительстве дороги через село, по невыясненным причинам, трапезная храма внезапно обрушилась, после чего тот самый кирпич был использован в хозяйственных целях. Сохранившаяся храмовая часть церкви использовалась под хранение газовых баллонов. В октябре 1968 года Вознесенская церковь в Лемешках получила статус памятника архитектуры, охраняемого государством.
В 1970-х годах во время сильной грозы церковное здание загорелось после удара по нему молнии. Были ли в храме в то время газовые баллоны, история умалчивает. Известно лишь то, что после пожара церковное здание никем не использовалось. Кирпичное строение было брошено на произвол судьбы. В таком виде, постепенно разрушаясь, осквернённый и обезображенный храм простоял до конца 1990-х годов, после чего здание полуразрушенной церкви было передано Владимирской Епархии. Решение о его восстановлении было принято в начале 2000-х годов. Первым делом небольшая приходская община восстановила алтарь, а над кровлей был поставлен временный деревянный крест. Со временем в очищенном от мусора, основном объёме стали проходить молебны, а позже и богослужения.
В 2011 году начались реставрационные работы. Летом 2013 года над куполом храма был воздвигнут новый позолоченный крест, а в 2016 году реставрационные работы основного объёма храма были завершены. Колокольню пока не реставрируют, трапезная разобрана до основания ещё в советское время. От Вознеснского храма до Нижегородской трассы и по сей день можно видеть остатки каменной брусчатки, появляющейся кое-где из-под асфальта и земли.
