Первое упоминание о храме в Мольгино датируется 1621 годом, когда на средства местных жителей была возведена деревянная церковь во имя Преображения Господня. Это сооружение стало центром религиозной жизни деревни, однако до наших дней оно не сохранилось.
В 1820 году, на средства графа Никиты Ивановича Панина, был построен новый каменный храм, заменивший прежнюю деревянную церковь. Архитектурный облик нового здания выполнен в стиле ампир, характерном для первой половины XIX века. Храм представляет собой кирпичное однокупольное сооружение с кубической формой и крестообразной организацией внутреннего пространства. Особенностью интерьера является колоннада в алтарной части. Отдельно стоящая колокольня дополняла архитектурный ансамбль храма.
14 мая 1941 года храм был закрыт. В последующие десятилетия здание находилось в запущенном состоянии, колокольня была разрушена, а само сооружение подверглось значительным повреждениям.
В 2014 году, благодаря усилиям прихожан и благотворителей, храм был восстановлен в своём первоначальном виде. 19 августа 2014 года, в день Преображения Господня, состоялось освящение восстановленного храма. С этого времени в храме регулярно проводятся богослужения, и он вновь стал центром духовной жизни деревни Мольгино.
