Храм Спаса Преображения Господня лейб-гвардии Гренадерского полка был возведен в 1840–1845 годах по проекту архитектора Константина Андреевича Тона. Здание построено в стиле классицизма с элементами древнерусского зодчества. Изначально храм предназначался для работников медицинского ведомства, а в 1873 году был передан лейб-гвардии Гренадерскому полку, сохранив при этом статус приходского.
В архитектурном решении храм представляет собой бесстолпный одноапсидный четверик, увенчанный пятиглавием. Фасады украшены квадровым рустом, коринфскими капителями и кокошниками в основании барабанов. Внутреннее пространство разделено на три части: притвор с хорами, наос и алтарь. Купол храма был расписан художником Карлом Брюлловым, создавшим изображения четырех евангелистов в медальонах свода. Иконостас выполнен по проекту К. А. Тона, часть икон также написана Брюлловым.
В 1930 году храм был закрыт и перестроен под лабораторию физической акустики Ленинградского электротехнического института. В ходе перестройки были утрачены главы, иконостас, закрашены росписи, а внутренний объем разделен на три этажа. В подвале под алтарем был устроен бассейн для научных опытов. В годы Великой Отечественной войны в здании располагался штаб командующего Балтийским флотом.
В 2006 году храм был передан Санкт-Петербургской епархии Русской Православной Церкви. На первом этаже возобновлены богослужения, ведутся работы по реставрации. В 2014 году при расчистке побелки обнаружена одна из четырех росписей Брюллова — изображение евангелиста Марка. Остальные росписи, по имеющимся данным, утрачены из-за протечек.
Здание включено в Единый государственный реестр объектов культурного наследия народов Российской Федерации как памятник архитектуры регионального значения. Это единственная сохранившаяся в Санкт-Петербурге церковная постройка К. А. Тона.