Деревянная трёхпрестольная церковь построена по грамоте 1702 года Петра Первого Никитой Демидовым «А у старых заводов построить церковь Божию, при которой однолично детския школы, а больным больницы были б построены...». Главный храм освящен в 1710 году во имя Преображения Господня. В 1712 году освящены приделы во имя Успения Божией Матери (правый), во имя апостолов Петра и Павла (левый). В 1776 году к южному фасаду пристроен придел во имя преподобного Саввы, освящен в 1777 году. Пристроена каменная колокольня.

27 июля 1824 года начало строительства каменной церкви на средства заводовладельцев Яковлевых. В 1826 году старая деревянная церковь сгорела. В 1827 году освящен южный придел во имя Успения Божией Матери. Храм построен в 1830 году. В 1830 году освящен главный храм во имя Преображения Господня и северный придел во имя апостолов Петра и Павла. Трапезная и высокая колокольня со шпилем пристроены в 1851-1864 годах. Приделы в трапезной освящены в 1863 году во имя Архистратига Михаила (южный), в 1865 году во имя преподобного Саввы (северный). В 1864 году обновлён иконостас. В 1884 году перед храмом построена часовня Александра Невского в память императора Александра II (не сохранилась). 11 мая 1912 года указом Священного Синода храму присвоен статус собора.

В 1932 году храм закрыли. Венчания и своды разрушены. Здание храма перестроено под заводской цех.

Церковь возвращена верующим. Отреставрирована в 2001-2003 годах.