Спасо-Преображенский Собор был возведен по указу императрицы Елизаветы в знак благодарности господу и лейб-гвардии Преображенскому полку. Первоначально здание церкви было построено в 1743 – 1745 годах по проекту П.-А. Трезини и М. Г. Земцова во внутреннем дворе Преображенского гренадерского полка.

5 августа 1754 года, накануне праздника Преображения, храм был освящен в присутствии Государыни императрицы. В создании внутреннего убранства принимал участие архитектор Растрелли.

В 1825 году собор полностью сгорел и на том же месте в 1829 году был восстановлен под руководством архитектора Стасова. 5 августа 1829 года состоялось новое освящение собора. Главный алтарь был освящен в честь праздника Преображения Господня, правый предел в честь Преподобного Сергия Радонежского, покровителя русского Царствовавшего Дома, а левый в честь Священномученика Климента Римского и Петра Александрийского, день памяти которых отмечается Церковью 25 ноября. Вокруг собора был разбит сквер, по проекту Стасова, обнесенный оградой, состоящей из стволов трофейных пушек, поставленных дулами вверх. Пушки были взяты со стен турецких крепостей Измаила, Варны, Тульчи и Силистрии. Таким образом, ограда стала своеобразным памятником героям русско-турецкой войны 1828 г. Внутри собора у правого клироса находится доска со списком офицеров Преображенского полка, погибших в 1702 – 1917 годах.

С южной стороны в ограду встроена небольшая часовня, классических очертаний, в стиле самого собора.

Спасо-Преображенский собор – пятиглавый храм, выделяющийся среди окружающей застройки своими размерами, формой пластикой. Несмотря на традиционное композиционное построение, во внешней его архитектуре много нового. Стасов, представитель классического направления в русском зодчестве, руководствовался теми декоративными формами, которые были характерны для позднего периода развития этого стиля.

Полуциркульные высокие окна, закомпонованные в ниши с балюстрадамии орнаментальными архивольтами, панно с воинскими атрибутами на полях стен, барельефы аттика центрального барабана с головками херувимов, двенадцатиметровый портик из четырех ионических колонн, примкнувший с западной стороны к собору, - элементы классической ордерной системы, использованные в архитектуре собора.

Иконостас центрального престола – деревянный четырехъярусный в виде триумфальной арки с полусферическим сводом над царскими вратами, украшенный золоченой резьбой по белому фону. Свод купола окрашен под цвет облачного неба, по бокам – восемь ангелов, в центре – большая звезда с расходящимися лучами. В кольце купола золотыми буквами надпись: "Господи, Боже Израилев, несть Бог, якоже Ты на небеси горе и на зимли долу. Да будут очи Твои отверсты на дом сей день и нощь, еже услышати молитву людей Твоих, елико аще помолятся на месте сем, и Ты услышиши на небеси и сотвориши и милостив будеши им". Стены храма украшает множество икон, переданных сюда из закрытых храмов. Святыни храма – иконы Божьей Матери "Всех скорбящих радости", прославленная в Москве и перенесенная в Петербург в 1711 году и Нерукотворный образ Спасителя - икона XVII века, перенесенная из домика Петра I.

Большая пятиярусная люстра на 120 свечей, выполненная мастером А. Дипнером под наблюдением В. Стасова служит и поныне украшением интерьера. Звон насчитывал прежде 13 колоколов, находящихся в трёх малых башнях. К настоящему времени сохранилось только шесть. Площадь собора составляет 1180 м², высота его – 41,5 метра.

Трехпридельный элегантный, праздничный Преображенский Собор никогда не закрывался, всегда был действующим, начиная с 1829 года. Он сохранил облик, приданный при архитекторе Стасове. На одной из башен собора находятся куранты, привезенные из Англии в 1854 году и действующие поныне.