В начале 1912 года местная дачевладелица Екатерина Васильевна Бекетова выступила с инициативой строительства отдельного храма в Тярлево, пожертвовав значительную сумму на его возведение. Строительство было приурочено к празднованию 300-летия Дома Романовых. Участок земли для строительства был выделен великим князем Константином Константиновичем. Проект храма разработали архитекторы Алексей Захаров и Николай Рклицкий. Закладка храма состоялась в том же 1912 году, и строительство велось на пожертвования местных дачников, среди которых были великая княгиня Мария Павловна и императрица Александра Фёдоровна. Первым ктитором храма стал князь императорской крови Иоанн Константинович, который вместе с братом Игорем Константиновичем входил в Строительный комитет.
Освящение храма в честь Преображения Господня состоялось 6 июля 1914 года, в день рождения князя Иоанна Константиновича. Чин освящения совершил епископ Нарвский Геннадий (Туберозов) в сослужении архимандрита Макария и причта Мариинской Придворной церкви. С момента освящения храм был приписан к Мариинской Придворной церкви, а с 1917 года стал самостоятельным приходом.
В 1920-х годах к церкви был пристроен придел Святой Троицы. В сентябре 1937 года настоятель храма протоиерей Сергий Червяковский был арестован и 12 ноября того же года расстрелян. Богослужения в церкви прекратились, а в 1939 году храм был официально закрыт. В здании церкви был устроен клуб, однако, по свидетельствам старожилов, он не пользовался популярностью. С сентября 1941 по 1944 год храм был вновь открыт, но после войны, в июне 1946 года, здание было передано под цех галантерейной фабрики «Север», территория обнесена высокой стеной, а в 1950-х годах были разобраны колокольня и главы.
В 1994 году среди местных жителей была создана инициативная группа, возглавляемая диаконом Валентином, сыном протоиерея Сергия Червяковского, с целью возвращения храма Русской Православной Церкви. Приход был воссоздан 19 октября 1995 года, а 31 июля 1998 года распоряжением Комитета по управлению городским имуществом Администрации Санкт-Петербурга церковь официально передана верующим. Несмотря на это, администрация предприятия, занимавшего здание, частично освободила помещение храма, но препятствовала допуску верующих на его территорию. Первый молебен в храме был отслужен только 19 августа 2002 года, а первая Божественная Литургия — 20 апреля 2003 года. С тех пор богослужения в храме проводятся регулярно.
Архитектурно храм выполнен в неорусском стиле, с пятью главами, установленными на высоких барабанах, и звонницей над западным входом. На западном фасаде храма находится образ Спаса Нерукотворного, который после закрытия храма был закрашен и заштукатурен; икона была расчищена в 2005 году. Двухъярусный резной иконостас изготовлен из тёмного дуба и украшен иконами, написанными в древнерусском стиле без окладов. В алтаре храма находится запрестольный образ Спасителя с Крестом и знаменем в руках. Ранее в храме находилось несколько древних икон с Афона, подаренных императором Николаем II, которые ныне хранятся в Государственном Эрмитаже.
