В 1991 году в Тольятти на градостроительном совете было принято решение о строительстве храмового комплекса, состоящего из крестильного храма, дома причта, колокольни и Преображенского собора. Первоначально предполагалось расположить Спасо-Преображенский собор на берегу Волги, но из-за большого расстояния до жителей города было решено поставить собор ближе к жилым домам.

Ранее службы проходили в обычной квартире обычной 16-этажки, на улице Юбилейная. Уже тогда у входа была вывеска — «Преображенский собор». Но на богослужения со всего Автозаводского района могло прийти не более двух десятков человек.

Строительство началось в июне 1992 года с возведения храма в честь Иоанна Крестителя и дома причта. Возведение Спасо-Преображенского собора началось в 1996 году и завершено в 2002. Строительство велось Управлением капитального строительства промышленных зданий и сооружений ОАО «АВТОВАЗ» при непосредственном участии настоятеля Спасо-Преображенского собора протоиерея Валерия Марченко.

Автор архитектурно-дизайнерского проекта — московский архитектор Дмитрий Сергеевич Соколов. Рабочие чертежи разрабатывали тольяттинские фирмы — ООО «Инвест-Авто» и АПСО «Гидромонтаж». Генеральным спонсором строительства стал «АвтоВАЗ».

Площадь застройки собора составляет 2800 м². Вместимость — более 3000 человек. Высота по главному кресту — 62 метра от уровня земли. Собор включает в себя главный алтарь в честь Преображения Господня, южный и северный алтари, хоры, западный притвор, северное и южное крыльца и подклет. Высота центрального иконостаса у алтарей — 15 метров.

Полы выложены мозаикой из двенадцати видов мрамора. К открытию собора тольяттинские ювелиры изготовили 16 икон на эмали в серебряных окладах. Внутренние и наружные двери — из дуба, с резьбой, латунными фурнитурой и решётками.

Купола покрыты нержавеющей сталью «под золото». Из такого же материала изготовлены и кресты. Центральный купол весит 26 тонн, и его установка в сборе с помощью специального подъёмного крана стала уникальной строительной операцией.

Внутри храм освещен тринадцатью паникадилами, самое большое из которых имеет семь ярусов и высоту около десяти метров.

Здание весьма современно с инженерной точки зрения: храм оборудован радиотрансляцией, системой вентиляции, пожарной и охранной сигнализациями, прочими коммуникациями, а также устройством наружной подсветки фасада.

19 августа 2002 года Высокопреосвященнейший архиепископ Самарский и Сызранский Сергий освятил Спасо-Преображенский собор города Тольятти.

В июле 2006 года в собор была доставлена одна из важнейших святынь христианского мира — десница святого Иоанна Крестителя.

Уже несколько лет стоит вопрос о строительстве заключительной части комплекса: колокольни. Согласно первоначального проекта она должна быть высотой в 76 метров, в ней предусмотрены лифт и смотровая площадка.