Построен в 1787 году. Собор является наиболее видным памятником архитектуры периода классицизма в Выборге, важной высотной доминантой в силуэте города и зримо свидетельствует о влиянии петербургской школы зодчества на застройке Выборга в конце XVIII — начале XIX века.

Губернатор Выборга В. К. Энгельгардт доложил прибывшей в город Екатерине II об отсутствии в городе русской церкви и о необходимости ее постройки.

Н. А. Львов выполнил эскиз проекта. Чертеж представлял собой купольно-апсидную церковь в духе времени античного Рима

На должности губернского архитектора Выборга с 1785 года работал прибывший из Ревеля И. Брокман. Он воспользовался чертежом Н. А Львова и, сохранив предложенные им пропорции, несколько уменьшил размеры строения.

18 декабря 1786 года «состоялось Высочайшее повеление выстроить в Выборге храм соборный...». Первый этап возведения постройки заключался в создании купольного храма с портиком тосканского ордера перед главным входом. В таком виде он простоял пять лет.

Колокольней церкви в то время служила нынешняя Часовая башня. Это было очень неудобно из-за ее отдаленности.

Вторым этапом строительства стало возведение колокольни, стоявшей отдельно от храма. Позже их соединили.

Значительной переделке подверглись интерьеры церкви в 1815—1817 годах по проекту инженера генерал-майора Сулемы.

Следующая реконструкция здания производилась в 1862—1866 годах под руководством специальной комиссии по чертежам инженер-поручика Титова… Архитектуру собора дополнила зелень разбитой вокруг него эспланады и чугунная решетка ограждения на гранитном основании, изготовленная в Выборге. Во время реконструкции собора 1889 года до современных размеров увеличили алтарь, а к колокольне пристроили два помещения, где жили сторожа и хранилось топливо.

В 1892 году, после учреждения Выборгской епархии Спасо-Преображенский собор стал кафедральным.