Первое упоминание о Преображенском храме в Царицыне относится к XVIII веку. В 1771 году местный купец Ермолай Рудаков совместно с супругой Марфой возвел деревянную церковь в районе пересечения современных улиц Комсомольская и Мира. Храм был освящен в честь Преображения Господня с приделом Тихона Чудотворца. В документах Саратовской Духовной Консистории за 1774 год сохранились сведения об этом освящении, проведенном протопопом Василием Фёдоровым.
В 1843 году епископ Саратовский и Царицынский Иаков (Вечерков) отметил деятельность священника Василия Дилигенского, преподававшего Закон Божий и грамоту калмыцким детям. В 1865 году купец Пётр Антонов удостоился благодарности за сооружение церковной ограды. К 1885 году храм был перестроен в каменное здание с тремя престолами: главным - в честь Преображения Господня, правым - во имя Иоанна Богослова и левым - во имя преподобного Тихона Амафунтского.
При храме действовали церковно-приходские школы. В 1894 году в них обучалось 138 детей. В 1903 году проведена реконструкция: Иоанно-Богословский придел переосвятили во имя архистратига Михаила. В 1921 году настоятель протоиерей Евфимий Ильинский был расстрелян по обвинению в контрреволюционной деятельности. В 1923 году храм закрыли, здание передали под музей истории края.
Во время Сталинградской битвы здание сильно пострадало, сохранившиеся стены были разобраны в 1945 году. В 1990-е годы в Волгограде появились два прихода с названием Спасо-Преображенский. Один из них расположен в центральной части города по адресу ул. Космонавтов, 16, где исторически находился храм.