La catedral se construyó durante 15 años, desde 1898 hasta 1913, junto a la catedral de la Trinidad, exclusivamente con fondos recaudados por los feligreses. El proyecto fue desarrollado por el arquitecto provincial de Vologda N.S. Pukhlov. La necesidad de un nuevo templo surgió porque la catedral de piedra de la Trinidad, consagrada en 1756, no podía albergar a todos los habitantes de Velsk y las aldeas circundantes.

Los iniciadores de la construcción fueron el comerciante de primera guilda y presidente de la beneficencia de la iglesia Konon Bonifáyevich Popov, el rector de la catedral de la Trinidad Nikolai Slednikov y el anciano de la iglesia Petr Ushakov. El iconostasio fue parcialmente fabricado en Vologda y parcialmente en el lugar bajo la dirección de un maestro local. Las íconos para la catedral fueron pintadas en uno de los talleres de Moscú.

La catedral era un edificio de dos pisos con cúpulas en forma de cruz, con cinco cúpulas y cuatro pilares, con un ábside semicircular y un pórtico rectangular con portal. Fue construida de ladrillo con mortero de cal y revestida con yeso que imitaba la mampostería. El majestuoso edificio estaba coronado con cinco cúpulas bulbosas sobre tambores de luz. Al este, se adosaba un ábside semicircular de dos pisos, y al oeste, un pórtico rectangular con portal. En el interior, la catedral estaba dividida en tres naves, y los masivos pilones sostenían arcos, sobre los cuales descansaban los tambores de luz.

El 1 de julio de 1913 tuvo lugar la solemne consagración del altar mayor del templo en honor a la Transfiguración del Señor. Al día siguiente se consagró el altar sur en nombre del primer mártir Esteban, y el 3 de julio, el altar norte en nombre del venerable Serafín de Sarov. La catedral inicialmente no tenía su propia campanario y fue concebida como fría, por lo que los servicios se realizaban desde la primavera hasta el otoño.

En 1922, durante la campaña de ayuda a los hambrientos del Volga, se retiraron los valores eclesiásticos de la catedral y la parroquia fue cerrada.

Entre 1931 y 1934, la catedral de la Transfiguración sufrió una significativa reconstrucción, como resultado de la cual se perdieron las terminaciones del templo, se modificaron y cerraron muchas aberturas de ventanas y puertas, se desmanteló el pórtico con el portal, y se realizó una reconfiguración del interior.

Al este, se añadió una adición rectangular al ábside, que cerró completamente el semicírculo del ábside en el primer piso. El segundo piso de la catedral se dividió en dos, y los tabiques cambiaron la disposición en todos los pisos. Los techos planos reemplazaron a los abovedados, y las aberturas de ventanas originales con parte superior semicircular se transformaron en rectangulares. Se hicieron aberturas de ventanas adicionales, y las ventanas del ábside en el segundo piso fueron cerradas. Se perdieron las cúpulas con los tambores de luz, el segundo nivel del pórtico, el pórtico con el portal y el friso superior del cornisa de la catedral, realizado en forma de nichos arqueados con arquivoltas.

Después de la renovación capital, el edificio fue entregado a la Casa de Cultura del distrito, que funciona allí hasta el día de hoy.