Согласно преданию, в 1383 году на берегу реки Великой крестьянину Семену Агалакову явился образ святителя Николая Чудотворца, который проявил себя чудотворениями. Впоследствии икона была перенесена в город Хлынов (ныне Киров), что положило начало ежегодному Великорецкому крестному ходу, традиция которого сохраняется и поныне.
К началу XVII века в селе Великорецком существовали две деревянные церкви: тёплая Преображенская и холодная Никольская. В 1672 году Преображенская церковь была перестроена, а в 1690 году обновлена Никольская церковь.
Формирование каменного архитектурного ансамбля началось в XVIII веке. Строительство первой каменной Преображенской церкви с северным приделом Николая Чудотворца осуществлялось в период с 1731 по 1749 годы. В 1768 году к западу от неё была возведена каменная колокольня, которая в 1860 году была разобрана. На её месте в 1862—1874 годах построена новая четырёхъярусная колокольня высотой 43 метра, ставшая доминирующим элементом ансамбля.
В 1822—1839 годах, по проекту архитектора С. Е. Дудина, с восточной стороны Преображенской церкви была построена Никольская церковь, завершившая формирование ансамбля.