Собор выстроен в 1825(27)–1829 годах на месте раннего храма и посвящён победе России в войне с Турцией в 1828—1829 годах. Архитектором собора в стиле классицизма был Василий Петрович Стасов. Мемориальное значение собора особо подчёркивает его ограда в основе которой стволы трофейных турецких пушек. Ранняя церковь была построена по велению императрицы Елизаветы Петровны с 1743 по 1754 год на месте съезжей избы (штаба) гренадерской роты лейб-гвардейского Преображенского полка в память о восшествии императрицы на престол при помощи солдат и офицеров этого полка.
При постройке собора были использованы стены и общая объёмная структура первого храма, который сгорел в 1825 году.
Первая церковь Преображенского полка, построенная в середине 18 века по проекту архитекторов Михаила Земцова и Пьетро Трезини, была решена в стиле барокко.
Закладка храма была совершена 9 июня 1743 года, при Елизавете Петровне. Составление проекта и постройка храма были поручены архитектору Земцову, а по случаю его смерти, последовавшей в том же году, постройка храма была передана архитектору Трезини. За окончанием же работ, длившихся 11 лет, наблюдал, вследствие удаления от дел Трезини, знаменитый Растрелли. 5 августа 1754 года, в присутствии Императрицы Елизаветы Петровны, храм был освящен. Это была первая полковая церковь и притом при первом из учрежденных в России гвардейских полков[1].
Спасо-Преображенский собор посвящён военной победе в турецкой кампании 1828—1829 годов, что особо отмечено установкой вокруг него ограды из трофейных турецких пушек соединённых цепями.

Ограда Спасо-Преображенского собора
Вид с северо-запада.
Ограда сооружена в 1829—1832 годах по проекту архитектора Стасова. 18- и 24-фунтовые трофейные орудия были выделены в дар собору по повелению императора Николая I.

Стволы трофейных турецких пушек в ограде Спасо-Преображенского собора
Вид с северо-запада.
Орудия эти взяты со стен турецких крепостей Измаила, Варны, Тульчи, Исакчи, Силистрии, а также захваченные в сражении под Кулевчи. На стволах сохранились вычеканенные гербы Османской империи, а на некоторых из них — данные им имена: «Гнев аллаха», «Священный полумесяц», «Гром извергающий», «Дарю лишь смерть».
В самом храме также хранились знамёна, орудия и военные трофеи.
Внутри собора — множество знамен, бунчуков и крепостных ключей. Кругом собора красивая ограда, сделанная из турецких орудий. На главных воротах бронзовыя медали с надписями: «За турецкую войну 1828-1829 гг.»[2].
От названия храма происходят названия Преображенской площади (бывшая площадь Радищева), на которой он стоит, и близлежащего бывшего Церковного переулка (ныне переулок Радищева), который ведёт на Кирочную улицу.
Советский период
В 1918 году Спасо-Преображенский собор стал приходским храмом, а знамёна, орудия и военные трофеи, хранившиеся здесь, были перенесены в Артиллерийский музей. С 1950 года эти реликвии находятся в коллекции Эрмитажа.
В советский период церковь не закрывалась и богослужения здесь продолжались, но в 1920-е годы из храма были изъяты многие ценные иконы. В 1920-е — 1940-е годы, в отдельные периоды, храм находился в ведении различных «обновленческих» структур.
Сразу после Великой Отечественной войны, в 1946—1948 годах, была проведена реставрация фасадов и интерьеров храма.
Архитектура
Спасо-Преображенский собор является памятником архитектуры позднего классицизма. Это крестовокупольный пятиглавый храм площадью 1180 квадратных метров. Высота собора — 41,5 метра.

Западный фасад Спасо-Преображенского собора
Вид с запада. Главный фасад.
Западный фасад храма (главный) оформлен мощным четырёхколонным портиком ионического ордера, который замыкает собой перспективу улицы Пестела (со стороны Литейного проспекта). Завершает здание церкви световой барабан, увенчанный главным куполом, по углам от которого расположены четыре главки-колокольни. На северо-западном барабане главки-колокольни, в западном проёме, установлены часы.
Стены храма оформлены лепными панно с воинскими атрибутами. Высокие полуциркульные оконные проёмы закомпонованы в ниши с балюстрадами и декорированы орнаментальными архивольтами.
В интерьере храма примечателен иконостас и алтарная сень выполненные по рисункам Василия Стасова.