Осенью 1883 года в Юзовке началось строительство каменного храма вместо старого деревянного. 2 ноября 1886 года церковь освящена.

11 декабря 1930 года с собора сняты колокола, позже разрушена колокольня. В 1931 году собор взорван.

12 февраля 1992 года Донецким горсоветом было принято решение о выделении земельного участка и начале строительства собора на месте старого кладбища. 27 февраля 1993 года епископ Донецкий и Славянский Ипполит торжественно освятил первый камень, заложенный в основание Спасо-Преображенского собора. Рядом с местом строительства собора был возведён небольшой деревянный храм во имя преподобного Сергия Радонежского, освященный в 1994 году, где ежедневно стали проводиться богослужения и вокруг которого начала формироваться православная община. Строительство собора начато в 1997 году.

В 2002 году перед храмом установлена бронзовая статуя Архистратига Михаила, до этого стоявшая на площади Независимости в Киеве.

В октябре 2004 года митрополит Донецкий и Мариупольский Иларион (Шукало) в ещё строящемся соборе совершил чин освящения нижнего храма в честь преподобного Сергия Радонежского.

Первая пасхальная служба в Спасо-Преображенском кафедральном соборе была совершена в 2007 году.

20 сентября 2008 года состоялось освящение митрополитом Донецким и Мариупольским Иларионом правого придела в честь мученика Виктора. Чин освящения левого придела собора, посвящённого преподобному Илариону, схимнику Печерскому, состоялся 4 июля 2009 года, совершил митрополит Донецкий и Мариупольский Иларион.

Торжественное освящение центрального престола в честь Преображения Господнего состоялось 18 июля 2009 года при большом стечении духовенства и верующих. 29 июля 2009 года патриарх Московский и всея Руси Кирилл во время своего визита в Донбасс совершил чин малого освящения Спасо-Преображенского кафедрального собора и возложил антиминс на главный престол.