Собор входит в состав комплекса зданий Спасо-Преображенского монастыря. До настоящего времени сохранились музеефицированные археологические фрагменты собора.
Преображенский собор был построен в юго-западной части Казанского Кремля. Изначально деревянная церковь на белокаменном подклете построена в 1550-е годы и называлась Преображенской. Здесь принял постриг первый казанский архиепископ Гурий, который 5 декабря 1563 года был похоронен за алтарем Преображенского собора, а его могила стала первой на погосте Спасо-Преображенского монастыря. Позднее здесь были похоронены знаменитые священники и профессора Казанской Духовной академии, купцы и военные, чиновники.
В 1579 году деревянная церковь сгорела и на ее месте был заложен новый каменный шестистолпный пятиглавый Преображенский собор с тремя алтарными апсидами
В 1920-е годы Спасо-Преображенский собор был взорван.