Die Spaso-Transfiguration-Kathedrale ist das größte Bauwerk im Kreml-Ensemble. Sie wurde in den Jahren 1713-1716 an der Stelle der Kathedrale des 15. Jahrhunderts erbaut, die unter Fürst Andrei dem Großen errichtet wurde. In den Uglitscher Katasterbüchern ist ihre Beschreibung erhalten geblieben: „Die Kathedrale auf hohen Vorhallen mit einer Kuppel, gedeckt mit Schindeln, und die Kuppel auf hölzernen Bögen ist mit hölzernen Schuppen bedeckt. In der Kirche gab es seit langem Wandmalereien, und auf der Vorhalle befand sich ein geschnitzter Glockenturm mit Schlaguhr.

Die Spaso-Transfiguration-Kathedrale vereint Merkmale der Architektur des frühen 18. Jahrhunderts und kombiniert die Traditionen der alten russischen Baukunst mit neuen Techniken. In ihrer Komposition dominiert der massive zentrale Würfel mit fünf Kuppeln. Die Fassaden sind mit dekorativen Elementen geschmückt, wie z.B. mit „zerissenen“ Sandriken, die für den russischen Barock charakteristisch sind. Die Konstruktion der Kathedrale spiegelt die Errungenschaften des Bauens im 18. Jahrhundert wider, als hauptsächlich säulenlose Kirchen errichtet wurden. Die beeindruckenden Maße des zentralen Volumens, wo der vierzehn Meter große Spann mit einem leichten Gewölbe von siebzehn Metern Höhe ohne Stützsäulen überspannt ist, stellen die Kathedrale in die Reihe der besten Bauwerke der russischen Architektur jener Zeit. Das Fehlen von Stützpfeilern ermöglichte es, den Innenraum des Tempels maximal zu entfalten, was die Unterbringung großer malerischer Kompositionen erleichterte. Die Kathedrale wurde in den Jahren 1810-1811 von einer Zunft von Leibeigenen unter der Leitung von Timofei Medvedev aus dem Dorf Tejkowo bemalt. Die Malerei zeichnet sich durch ein hohes Niveau des handwerklichen Könnens aus, mehr als fünfzig Kompositionen wurden nach Vorbildern der Spätrenaissance und des Barock ausgeführt. Das Fresko „Verklärung“ mit der Darstellung der Heilung eines Besessenen ist eine Kopie eines Gemäldes von Raphael, aber der provinziellen Künstler übertrieb die Arbeit des Meisters, indem er äußere Pathetik und Dynamik hinzufügte. Kontrastreiche Farben erzeugen ein Gefühl der Disharmonie, während dekorative Elemente wie Kolonnaden und geschnitzte Kartuschen die Illusion von Raum und Perspektive verstärken.

Der grandiose mehrstöckige Ikonostase der Kathedrale wurde 1860 installiert und variiert die Formen des „Naryschkin-Barock“, obwohl seine Plastizität trocken ist. Säulen, die mit Weinreben umwickelt sind, und Gesimse rahmen die Ikonen ein, von denen die ältesten in den unteren Ebenen zu finden sind. Die Ikone „Schutz der Gottesmutter“ ist ein Beispiel der Jaroslawler Schule des 17. Jahrhunderts. Die Ikonen des Festtagsordens wurden wahrscheinlich zu Beginn des 18. Jahrhunderts gleichzeitig mit dem Bau der Kathedrale geschaffen. Die Ikonen von Christus und der Gottesmutter im lokalen Reihen erinnern an Werke des ukrainischen Barocks des 17. Jahrhunderts. Sie gelangten an der Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert in die Kathedrale, als die Kathedrale der Erzdiozese Rostow von den Metropoliten Josaph und Dmitri geleitet wurde. Neben der Kathedrale erhebt sich der 35 Meter hohe Glockenturm, der 1730 erbaut wurde, anderthalb Jahrzehnte nach der Kathedrale. Die Verzögerung beim Bau könnte mit dem Erlass von Peter I. aus dem Jahr 1714 zusammenhängen, der den Bau von Steingebäuden in der Provinz verbot. Der Glockenturm gehört zum Typ der mehrstöckigen Türme, und in Uglitsch ist ein weiterer ähnlicher Glockenturm bei der Korsun-Kirche erhalten geblieben. Im Inneren des Kreml-Glockenturms ist der Mechanismus der Turmuhr mit Schlag erhalten geblieben, ein seltenes Denkmal der Kunst der Uhrmacher des 18. Jahrhunderts. Heute ist er ein Museumsexponat. Moderne Meister der Uglitscher Uhrenfabrik haben im Glockenturm elektronische Uhren mit Schlag installiert, und nun ertönt über der Stadt wieder der melodische Klang, der die Kontinuität und Entwicklung der Traditionen symbolisiert.