L'histoire du principal temple de Tambov commence avec la construction du Kremlin de Tambov en 1636. En 1677, l'église principale de la ville a été transformée en cathédrale. Avec l'ouverture de l'éparchie en 1682, la cathédrale de la Transfiguration est devenue le siège épiscopal. La construction de la cathédrale en pierre a été conçue et commencée par le deuxième évêque de Tambov, Pitirim. Malgré la masse et l'épaisseur de trois coudées des murs, les travaux ont avancé rapidement, utilisant les meilleurs matériaux. À l'origine, un temple de plain-pied était prévu, mais après l'élévation des murs, l'évêque Pitirim a décidé d'en faire un édifice à deux étages. Dans la partie inférieure, des fenêtres ont été percées, des voûtes ont été élevées au-dessus de l'autel et des escaliers ont été aménagés pour accéder au deuxième étage. L'évêque n'a pas eu le temps de terminer la construction, il a été enterré contre le mur sud dans la chapelle de Nicolas le Miracleux. Dix-huit ans plus tard, la surélévation et le clocher étaient en ruine. En 1783, le marchand Matveï Borodine s'est chargé de l'achèvement de la cathédrale, prévoyant de décorer l'église supérieure et d'installer un iconostase à trois niveaux. Cependant, en raison de difficultés financières, ses plans ont changé. En 1801, la réparation et l'installation de l'iconostase ont été achevées par un autre bienfaiteur, le marchand Matveï Malin.

Au milieu du XIXe siècle, le temple est devenu exigu, c'est pourquoi, en 1841-1842, les escaliers menant à l'église supérieure, occupant une grande partie de l'espace, ont été démontés. Du côté ouest, selon le plan de S.A. Bereznegovski, un porche à deux étages a été ajouté avec de nouveaux escaliers. À cette époque, la cathédrale nécessitait des réparations majeures, commencées en 1843 et se poursuivant jusqu'en 1849. Dans le temple supérieur, les murs et les voûtes ont été nivelés et plâtrés, des chapiteaux sculptés de l'ordre corinthien ont été installés, et les murs ont été peints sur des motifs de l'Ancien et du Nouveau Testament. Les sols et les cadres de fenêtres ont été remplacés. Un nouvel iconostase pour l'église supérieure a été fabriqué par les meilleurs artisans de Moscou, orné de six icônes peintes par l'élève Moukhanov. Dans l'église inférieure, un nouvel iconostase en bois sculpté dans le style rococo, avec des décorations dorées, a été installé.

En 1811, une cloche en pierre a été posée, consacrée en 1812, ce qui avait une signification symbolique. Dans les années 1860, le clocher a été plâtré, blanchi, recouvert de fer et décoré d'étoiles dorées. En 1879, un plan de construction de deux ailes de la cathédrale a été approuvé, complétant la composition architecturale. Les constructions basses à un étage soulignaient la grandeur de la cathédrale. La cathédrale abritait les principales reliques de Tambov, y compris l'icône miraculeuse de la Vierge de Kazan et le Crucifix du Sauveur, peint par l'évêque Pitirim. L'icône représente la ville avec des tours de forteresse, une église et des maisons, ce qui correspond à la description de Tambov au XVIIe siècle.

Depuis 1918, la cathédrale était sous la direction de la communauté religieuse, mais en 1930, elle a été fermée. En 1931, des débris de la cloche démolie ont été utilisés pour combler des trous dans les squares. À l'emplacement de l'une des ailes, une maison standard a été construite. Pendant longtemps, le bâtiment de l'ancienne cathédrale a abrité un musée régional. Aujourd'hui, la cathédrale a été restituée aux croyants.