Надвратная церковь Преображения Господня венчает северные ворота, через которые традиционно входили царские особы. Постройка 1687-1689 гг. — единственный храм Москвы, возведённый целиком женской артелью под руководством ярославской настоятельницы монахини Серафимы; в сохранившихся платёжных книгах фиксируются женские имена мастеров-каменщиков. Здание представляет собой двухъярусную клетку высотой 27 м, устремлённую вверх ажурными кокошниками и увенчанную золочёной главой. Верхний храм освящён в честь Преображения, нижний ярус образует проезд «Святых ворот».
Иконостас 1690-х годов — работа артели Козьмы Травина, позже перенесённая в запасники, а в 2007 году воссозданная по чертежам Артемия Вархаева. Потолочная фреска «Фаворский свет» реставрировалась в 2019 году после пожара колокольни 2015 г. Над вратами сохранилась мраморная плита с текстом царского указа Петра I о тюрьме для стрельцов — редкий документ, вырезанный прямо на стене храма.
Сегодня храм открыт для посещения в дни Преображения и на фестивале «Ночь в музее»: туристы могут подняться по внутренней лестнице и посмотреть на боевые башни монастыря с высоты хора.
