Храм Преображения Господня входит в состав Усть-Медведицкого Спасо-Преображенского монастыря, основанного в 1652 году по благословению Патриарха Никона. Первоначально монастырь был мужским, а в 1785 году преобразован в женский по ходатайству войскового атамана А. И. Иловайского. Первый Преображенский храм на этом месте существовал уже в середине XVIII века, но был утрачен в 1930-х годах после закрытия монастыря советской властью.
Современный храм Преображения Господня был построен в 2003-2014 годах по инициативе Волгоградской епархии. Проект выполнен архитектором В. В. Курбатовым. Храм имеет уникальную архитектурную особенность - 33 купола, символизирующие земные годы жизни Иисуса Христа. Чин великого освящения храма совершён 7 сентября 2014 года.
Исторически на территории монастыря существовало два каменных храма: Преображенский с приделом Владимирской иконы Божией Матери и храм первоверховных апостолов Петра и Павла. Преображенская церковь была двухпрестольной, с колокольней в одной связи, построенной вместо прежней деревянной Преображенской церкви с Никольским приделом.
В период с 1928 по 1992 год монастырь был закрыт, а его помещения использовались для различных светских нужд, включая колонию для несовершеннолетних и пионерский лагерь. Восстановление монастырской жизни началось в 1992 году, а в 2001 году монастырь вновь стал женским.
Архитектурный ансамбль монастыря, включающий Храм Преображения Господня, является объектом культурного наследия регионального значения. Храм выполняет функции монашеского храма обители и открыт для посещения паломниками.