В 1763 году императрица Екатерина II приобрела Бобриковскую и Богородицкую волости в Тульской губернии, переведя их из дворцового ведомства в личную собственность. В 1770 году эти владения были переданы её внебрачному сыну Алексею Григорьевичу Бобринскому. По указанию императрицы, в 1773 году началось строительство дворца в селе Бобрики, а весной 1774 года была заложена церковь во имя Нерукотворного Образа Спасителя. Проект храма разработал архитектор Иван Егорович Старов, один из ведущих зодчих эпохи классицизма. Строительство завершилось в 1778 году, и храм был освящён в том же году.
Архитектурно храм представляет собой образец русского классицизма. Здание выполнено в форме ротонды с куполом, фасады украшены колоннами и пилястрами. Колокольня, изначально выдвинутая на фасад, подчёркивала симметричность композиции. Внутреннее убранство отличалось богатством и изяществом: стены украшали фрески, иконостас был выполнен из ценных пород дерева с позолотой. Придел храма был посвящён Архистратигу Михаилу.
После революции 1917 года храм прекратил свою деятельность. В начале 1930-х годов здание было передано под музей Подмосковного угольного бассейна, открывшийся в 1933 году. В 1937 году в помещении храма был оборудован планетарий, функционировавший до 1990 года. В этот период колокольня была разрушена, внутреннее убранство утрачено, а само здание подверглось значительным изменениям.
В 1990 году здание храма было возвращено Русской Православной Церкви. Начались восстановительные работы: были воссозданы иконостас, фрески, а в 1998 году восстановлена колокольня. В настоящее время храм Преображения Господня на Бобрик-Горе является действующим, в нём регулярно проводятся богослужения. При храме функционирует воскресная школа. Храм входит в состав историко-мемориального музейного комплекса «Бобрики», включающего также усыпальницу графов Бобринских, построенную в 1815 году по проекту архитектора Василия Милинского.
