Став столицей Российской Империи, Петербург одновременно становится и военной столицей государства. В 1726 году, в царствование Императрицы Екатерины I, «на Московской стороне, от Литейной улицы к Канцам», стал квартировать старейший в русской армии лейб-гвардии Преображенский полк, и в 1739 году в солдатских слободах была выстроена полковая церковь.
Там же, где ныне стоит Спасо-Преображенский собор, располагался полковой двор (съезжая) гренадерской роты лейб-гвардии Преображенского полка, и место это связано со знаменательными событиями ночи с 24 на 25 ноября 1741 года, когда на престол взошла Императрица Елизавета Петровна. В ту ночь Цесаревна Елизавета долго и усердно со слезами молилась пред образом Божией Матери о даровании ей короны. Окончив молитву, она надела под платье латы, взяла в руки небольшой серебряный крест, и в полночь отправилась на санях из своего дворца прямо к съезжей лейб-гвардии Преображенского полка, где обратилась к преображенцам с патриотической речью: «...не столько мне себя жаль, как Отечество, управляемое чужими головами. Оно напрасно разоряется, и людей столько не ведомо за кого пропадает. Кому же хотите верно служить? Мне ли, Государыне природной, или другим, беззаконно похитившим мое наследие?» Под громкое «ура» солдаты присягнули новой Императрице, целуя серебряный крест и ее руку. Спустя некоторое время ей также присягнули в верности солдаты и офицеры караула Зимнего дворца.
Через несколько дней, 7 декабря 1741 года, по восшествии своем на престол, Императрица Елизавета посетила полковой двор и изъявила желание построить на этом месте храм в знак благодарности Господу за оказанную ей великую милость. 9 июня 1743 года она сама заложила в Преображенских слободах каменный трехпрестольный храм во имя Спаса Преображения Господня, который строился первоначально по проекту М. Г. Земцова, а после его кончины достраивался архитектором Пьетро-Антонио Трезини.
5 августа 1754 года храм был торжественно освящен в присутствии Императрицы Елизаветы Петровны Архиепископом С.-Петербургским и Шлиссельбургским Сильвестром, и наименован собором.
Главный алтарь его был освящен во имя Преображения Господня, в честь полка, правый придел — во имя прп. Сергия Радонежского Чудотворца, левый — во имя сщмчч. Климента Папы Римского и Петра Архиепископа Александрийского, так как день воцарения Императрицы Елизаветы Петровны был днем памяти этих святых.
Золоченый пятиярусный иконостас собора и великолепная алтарная сень были вырезаны по эскизу Ф. Б. Растрелли московскими мастерами Кобылинскими, образа в иконостас под смотрением И. Я. Вишнякова написал М. Л. Колокольников.
Повелением Императора Пава I с 12 ноября 1796 года Спасо-Преображенский собор стал именоваться собором всей гвардии.
8 августа 1825 года в соборе случился пожар, в результате которого храм полностью сгорел — остались одни стены. Иконы и основные богослужебные предметы из алтарей служителям храма при помощи солдат-преображенцев удалось спасти. Узнав о пожаре, Император Александр I повелел незамедлительно восстановить собор. Составить проект нового храма было поручено известному зодчему русского ампира Василию Петровичу Стасову. Строительство, начатое в 1827 году, велось очень быстро (к нему были привлечены и солдаты) и уже к зиме 1828 года оно было закончено.
Возобновленный после пожара храм был освящен 5 августа 1829 года Митрополитом Новгородским и С.-Петербургским Серафимом. Величественный каменный пятиглавый собор, стоящий в центре одноименной храму площади, стал одним из самых замечательных и красивых храмов города, и в неизменном виде дошел до наших дней. Интерьер его решен в стиле позднего классицизма, строго и вместе с тем, торжественно.
Вокруг собора по проекту архитектора В. П. Стасова был разбит сквер, окруженный изящной оградой. Она состоит из 34 гранитных оснований, на которых помещены 102 бронзовых орудийных ствола, по три на каждом. Орудия эти были взяты в русско-турецкую войну 1828—1829 года со стен отнятых у турок крепостей. Все средние стволы венчались золотыми двуглавыми орлами с коронами. (В 1920—1940-х годах орлы были сняты; ныне их предполагается восстановить). Вокруг собора стояли 12 орудий, взятых у турок под Варной, и два единорога, составлявшие собственность полка.
Внутри Спасо-Преображенского собора как главного храма всей гвардии, находились многочисленные полковые знамена и трофеи, завоеванные у турок.
За стеклом, в особых шкафах, хранились Преображенские мундиры Императоров Александра I, Николая I, и Александра II, а также сабля, бывшая 1 марта 1881 года на Императоре Александре Втором, и сохранившая следы его крови.
В главном приделе собора, у правого клироса, висела бронзовая вызолоченная доска со списком старших офицеров Преображенского полка, павших в сражениях начиная с 1702 и кончая 1914—1917 годами. Осенью 1916 года в ограде собора, к востоку от него, по проекту С. О. Овсянникова начала строится усыпальница для павших в годы Первой Мировой войны офицеров, но ее завершению помешала революция.
Много православных святынь было некогда в соборе: замечательный серебряный вызолоченный престол с сенью, пожертвованный в 1859 году; ковчег времен Императрицы Елизаветы Петровны, бывший при закладке храма; два напрестольных золоченых серебряных креста,— один — греческой работы, другой — из Запорожской Сечи; и Евангелия в дорогих окладах.
Бережно хранились в соборе списки чудотворных икон: Курской Божией Матери, преподнесенный курскими гражданами в войну 1812 года в дар русскому воинству в день сражения под Малоярославцем; Иерусалимской Божией Матери с мощами св. Георгия Победоносца, присланная с Гроба Господня Патриархом Иерусалимским; икона Смоленской Божией Матери, завещанная храму Императором Александром I и образ Преображения Господня, писанный на дереве, росшем на горе Фаворе, со вложенным в нее небольшим куском камня от скалы той горы. Этот образ в 1888 году Вел. Кн. Сергею Александровичу подарил настоятель греческого монастыря на Фаворе.
На южной стороне переднего левого пилона под стеклянным колпаком помещался серебряный кубок, который жители Богемии поднесли в 1813 году графу Остерману-Толстому в память Кульмской битвы, с фамилиями полковых командиров, участников сражения, и павших в нем обер-офицеров. В Великий пост этот кубок подавался с теплотой для причастников.
Перечисленных святынь сейчас в храме нет. Когда и куда они исчезли из храма,— неизвестно.
В храмовый праздник рядом с собором проходил большой базар, где торговали яблоками, грушами и сотовым медом. С 1871 года при храме действовало благотворительное общество, куда входили офицеры и шеф полка. Оно содержало богадельню, детский приют, столовую и бесплатные квартиры.
Поскольку Спасо-Преображенский храм был собором всей гвардии и числился по военному ведомству, клир его подчинялся протопресвитеру военного и морского духовенства. Старейший священник собора имел звание саккелария. Хозяйством управлял ктитор, назначавшийся командиром полка из заслуженных офицеров.
В январе 1918 года приказом Л. Д. Троцкого, народного комиссара по военным делам, военное духовенство было упразднено, и Спасо-Преображенский всей гвардии собор стал приходским храмом. Знамена, орудия, и военные трофеи были из собора изъяты и переданы в Артиллерийский музей. (С 1950-х годов знамена находятся в Эрмитаже).
Хотя сам Спасо-Преображенский собор никогда не закрывался, большинство святынь храма и ценные иконы были изъяты в 1920-х годах. Однако и по сей день он остается одним из самых замечательных храмов нашего города. Внешне храм сохранил облик, который он приобрел при своем возобновлении архитектором Стасовым. Стены его снаружи украшены лепными изображениями на библейские мотивы и военными символами. На одной из башен собора находятся куранты, привезенные из Англии в 1854 году, и действующие поныне, другая служит колокольней.
Интерьер храма поражает богатством своего убранства. Над средней частью собора возвышается главный купол, в барабане которого написаны восемь ангелов, держащих в руках крестные орудия страстей Христовых. Свод купола разделан под цвет облачного неба, и в центре его изображена большая звезда, от которой падают лучи. В подкупольном пространстве находится большое пятиярусное паникадило на 120 свечей, выполненное бронзовых дел мастером А. Дипнером.
Иконостас центрального придела — четырехъярусный, украшенный по белому фону золоченой резьбой. В резных золоченых царских вратах — четыре овальных иконы: Благовещения Пресвятой Богородице, Архангела Гавриила, Евангелистов Иоанна и Марка, Луки и Матфея. Образа на всех ярусах иконостаса писаны на холсте известными живописцами А. И. Угрюмовым, В. К. Шебуевым, А. И. Ивановым и А. Е. Егоровым. Стены и своды храма по эскизу Шебуева были расписаны художниками Ф. П. Брюлло, Ф. Н. Брондуковым и С. А. Безсоновым. В 1875 году по рисункам Н. Д. Мартынова они были поновлены художником Кольчугиным, и сохранились до нашего времени.
С правой стороны от входа, у колонны, поддерживающей главный купол,— возвышение из серого мрамора, на котором находилось царское место, устроенное В. П. Стасовым по Высочайше утвержденным рисункам. Напротив, слева, находится церковная кафедра, выполненная также по проекту Стасова.
Образ Спаса Нерукотворного находится на аналое у правого клироса. Он тесно связан с жизнью Императора Петра Великого, и был его любимым образом. Написанный, предположительно, в 1676 году для Царя Алексея Михайловича известным московским иконописцем Симоном Ушаковым, к Царю Петру образ перешел от матери, Наталии Кирилловны, и всегда сопутствовал ему в походах. С ним образ Спаса был и при закладке С.-Петербурга, и во время Полтавской баталии. На смертном одре, в старом Зимнем дворце, он стоял в изголовье Государя, и находился при погребении. Позже образ был помещен в домике Петра Великого на Петроградской стороне, в столовой, обращенной в часовню Спасителя. При закрытии часовни в январе 1930 года, чтимый образ перенесли в Троицкую церковь на Стремянной улице, а по ее закрытии (в 1936—38 году)—в Спасо-Преображенский собор.
Чтимая икона Божией Матери «Всех Скорбящих Радосте» лежит на аналое у левого клироса. Это — список со знаменитой чудотворной иконы Божией Матери «Всех Скорбящих Радосте» из храма Преображения Господня на Ордынке в Москве, сделанный по повелению родной сестры Государя Петра Великого, царевны Натальи Алексеевны, и в 1711 году привезенный ею из Москвы в Петербург. Во время войны с турками образ этот был в рядах русского войска. По возвращении Государя в столицу, в память спасения его и русской армии во время Прутского похода, им был устроен храм Воскресения Христова при дворце царевны Наталии Алексеевны, там и был поставлен чтимый образ. Позже на месте дворца был выстроен новый храм, освященный в честь этого образа Божией Матери «Всех Скорбящих Радосте», и сюда во множестве стекались богомольцы. Часто пред иконою Божией Матери молились члены царствующего дома. В церкви иконы Божией Матери «Всех Скорбящих Радосте» на Шпалерной (современный адрес — ул. Воинова, 33-а) чтимый образ оставался вплоть до закрытия храма в 1932 году, тогда икона была перенесена в Спасо-Преображенский собор, где пребывает и поныне.
Кроме названных, верующие с особым чувством молятся перед иконами: Казанской Божией Матери, «Утоли моя печали», Знамения Божией Матери, вмч. Пантелеимона, а также св. вмч. Варвары с житием и прпп. Сергия Радонежского и Серафима Саровского Чудотворцев.
Возле северной стены собора, в приделе свв. Климента и Петра, находится складень с образами Преображения Господня в центре его и вмч. Пантелеимона и св. царя Константина. Складень этот в 1900 году полковому лазарету подарил командир, генерал-майор лейб-гвардии Преображенского полка, Вел. Кн. Константин Константинович, известный поэт «К. Р.».
Престольными праздниками в Спасо-Преображенском соборе являются дни: 6 (19 — н. ст.) августа — Преображение Господне; 25 сентября (8 октября н. ст.)— прп. Сергия Радонежского Чудотворца; 25 ноября (8 декабря н. ст.)—сщмчч. Климента Папы Римского и Петра Архиепископа Александрийского.
В настоящее время Спасо-Преображенский собор является одним из самых чтимых и посещаемых храмов нашего города. Здание собора и часовня при нем отреставрированы и поддерживаются в хорошем состоянии. Много верующих приходит в храм помолиться, а также послушать проповеди настоятеля храма, протоиерея Николая Гундяева, одного из лучших современных проповедников.
Хор Спасо-Преображенского собора, в котором поют солисты Капеллы, заслуженно считается одним из лучших церковных хоров города.