В 1618 году в Кузнецком остроге под руководством священника Аникудима была построена небольшая Преображенская часовня. В 1621 году на её месте возведён деревянный храм во имя Преображения Господня, который прослужил до 1635 года, когда был заменён новым деревянным собором.
После пожара 1734 года храм был восстановлен в прежних объёмах и архитектурных традициях. В 1792 году начато строительство каменного здания Спасо-Преображенского собора, завершившееся в 1835 году. Торжественное освящение собора состоялось 5 августа 1835 года.
В декабре 1919 года Спасо-Преображенский собор сгорел, остался только пустующий остов. В начале 1920-х годов первый этаж был приведён в относительный порядок, и в нём на короткое время возобновилась служба. 4 августа 1935 года собор был закрыт согласно постановлению горсовета города Сталинска. К этому времени храм был полностью разграблен: сброшены многопудовые колокола, разобрана половина колокольни, сняты кресты и разрушены главки.
В 1989 году принято решение о передаче здания собора православным верующим. 10 декабря того же года на руинах собора состоялся первый молебен. Первое богослужение в храме состоялось 7 января 1991 года на Рождество Христово, регулярные службы начались 31 марта того же года.
В 1994 году при соборе было открыто Духовное училище (ныне Кузбасская Православная Духовная семинария), готовящее кадры для епархии.
В 1999 году завершены отделочные работы, и собор предстал в обновлённом виде.
