Закладка храма состоялась 27 августа 1889 года. Строительство продолжалось четыре года и завершилось торжественным освящением 24 августа 1893 года. Финансирование строительства осуществлялось за счёт средств местного фабриканта и мецената Мефодия Николаевича Гарелина.
Проект храма был разработан московским архитектором Александром Степановичем Каминским, известным своими работами, включая первое здание Третьяковской галереи в Москве. Преображенский собор выполнен в русско-византийском стиле, характеризующемся сочетанием традиционных русских архитектурных элементов с византийскими мотивами. Здание представляет собой массивный объём с пятиглавием, что придаёт ему величественный и монументальный вид. Фасады украшены декоративными элементами, отражающими эклектику стилей, популярную в тот период.
Изначально храм был предназначен для жителей деревни Рылиха, находившейся на окраине Иваново. Со временем деревня преобразовалась в посёлок Преображенское, а затем стала частью города. С момента основания и до 1931 года Преображенский собор оставался приходским храмом, обеспечивающим духовное окормление местных жителей.
В 1931 году, в период активной антирелигиозной политики советской власти, в истории храма наступил сложный этап. В это время в соборе действовали две общины: одна придерживалась традиционного православия, другая относилась к обновленческому движению. Это сосуществование приводило к внутренним разногласиям и отражало общую ситуацию в Русской Православной Церкви того времени.
Несмотря на трудности, Преображенский собор продолжал функционировать и оставался действующим храмом. В советский период, когда многие церкви были закрыты или разрушены, собор сохранил свою деятельность, что является редким случаем для того времени.
В постсоветский период, с возрождением религиозной жизни в России, Преображенский собор продолжил своё служение. В настоящее время он является кафедральным собором Иваново-Вознесенской епархии Русской Православной Церкви. При храме ведётся активная духовно-просветительская деятельность, включая проведение богослужений, работу воскресной школы и участие в благотворительных инициативах.
Архитектурные особенности собора включают в себя традиционную для русских храмов пятиглавую композицию, массивные объёмы и богатый декор фасадов. Здание выполнено из кирпича и украшено элементами, характерными для эклектики и русского стиля. Внутреннее убранство храма также отражает традиции православного искусства, включая иконостас и настенную роспись.
