Portugalilainen merimies João da Nova löysi Ascensionin saaren vuonna 1501, ja sitä kutsuttiin aluksi nimellä Conception, ennen kuin Alphonse d’Albuquerque löysi sen uudelleen kaksi vuotta myöhemmin, vuonna 1503 Ascensionin päivänä, ja antoi saarelle sen pysyvän nimen. Kuivana ja karuna siitä ei ollut juurikaan hyötyä Itä-Intian laivastoille, ja se jäi asumattomaksi.
Saari pysyi asumattomana, kunnes keisari Napoleon I vangittiin Pyhällä Helenalla vuonna 1815, jolloin Ascensioniin sijoitettiin pieni brittiläinen laivastovaruskunta kieltämään se ranskalaisilta.Saari nimettiin HMS Ascensioniksi, joka oli ”pienempien luokkien kivisotalaiva”.
Vuoteen 1821 mennessä, jolloin Napoleon kuoli, Ascensionista oli tullut muonitusasema ja parantola Länsi-Afrikan laivueen aluksille, jotka osallistuivat orjakaupan tukahduttamiseen Länsi-Afrikan rannikolla.
Vuonna 1823 kuninkaallinen merijalkaväki otti saaren hallintaansa. Se pysyi brittiläisen amiraliteettilautakunnan valvonnassa vuoteen 1922 asti, jolloin siitä tehtiin kuninkaallisella patenttikirjeellä St Helenan riippuvuusalue.
Saari lakkasi olemasta vain sotilaallinen saari vuonna 1899, kun Itäinen lennätinkomppania saapui sinne ja perusti keski-atlanttisen viestinnän solmukohdan. Vuodesta 1922 vuoteen 1964 saaren hallinnoinnista vastasi Eastern Telegraph Company, jonka nimi muutettiin Cable and Wirelessiksi vuonna 1934.
Vuonna 1964 Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus nimitti hallinnoijan BBC:n ja Composite Signals Organisationin asemien perustamista koskevien suunnitelmien vuoksi. Toisen maailmansodan aikana St Helenan hallituksella oli vastaavalla tavalla edustus saarella.
Toisen maailmansodan aikana Yhdysvaltain hallitus kehitti Hänen Majesteettinsa hallituksen kanssa tehdyllä sopimuksella Wideawaken lentokentän. Heinäkuusta 1942 sodan päättymiseen vuonna 1945 Yhdysvaltain lentokoneet kulkivat Ascensionin saaren kautta Pohjois-Afrikan, Lähi-idän ja Euroopan sotatoimialueille.
Vuonna 1957 Yhdysvaltain läsnäolo palautettiin, ja kenttää laajennettiin, ja se on nykyään myös USAF:n itäisen koealueen (USAF Eastern Test Range) kaakkoinen seuranta-asema. Vuonna 1967 rakennettiin NASA:n seuranta-asema, joka tuki Apollon kuunlaskuohjelmaa. Vaikka tämä asema on sittemmin suljettu, USA:n ilmavoimat tukivat Ascensionista käsin NASA:n operaatioita, kuten avaruussukkulaa, kunnes se poistettiin käytöstä.
Vuonna 1982 saarella tuettiin operaatioita Falklandinsaarilla, ja RAF:n osasto toimii edelleen saarella tukemassa Falklandin varuskuntaa.