Строительство храма было инициировано царём Борисом Годуновым в конце XVI века, предположительно между 1584 и 1600 годами. Он распорядился возвести церковь на территории своей загородной резиденции в Вязёмах, недалеко от своего боярского терема. Первоначально храм был освящён в честь Живоначальной Троицы, однако в начале XVIII века, по инициативе нового владельца усадьбы, князя Голицына, переосвящён в честь Преображения Господня.
Архитектурно, Преображенский храм представляет собой двухэтажное белокаменное здание с семью главами. Он окружён арочными гульбищами, что придаёт ему особую выразительность. Колокольня храма выполнена в псковском стиле и является редким примером для Подмосковья.
Внутреннее убранство храма также заслуживает внимания. Фрески, созданные в конце XVI века, покрывают стены от купола до нижних "полотенец". Росписи были выполнены в технике темперы с использованием натуральных пигментов и яичного желтка. Эти фрески являются уникальными и представляют собой ценнейший элемент культурного наследия.
В период Смутного времени храм подвергся осквернению и запустению. Однако в 1992 году, после длительной реставрации, он был возвращён верующим, и богослужения были возобновлены. На территории храма действует приходская школа, способствующая духовному и культурному воспитанию местного населения.
