Преображенский храм был освящён в 1836 году. До XVII века село Мельничное принадлежало князьям Шуйским, а в XIX веке стало поместьем декабриста Н.В. Шимановского. Сегодня оно находится в черте города.

Церковь привлекает внимание своим расположением, убранством и историей. Комплекс, включающий храм, сторожку и небольшое кладбище, находится на живописном склоне холма, окружённого речками Сеха и Мотовилиха. В XVII веке здесь стояли мельницы, что и дало название селу. Несмотря на невысокий холм, церковь видна с северных подъездов к Шуе и дорог от Иванова, Дунилова и Введенья. Все важные события в церковной жизни Шуи после войны связаны с храмом в Мельничном. Храм закрыли в 30-е годы, но вновь открыли в 40-е. В период закрытия здание использовалось как мастерская и склад. С конца 40-х до начала 90-х годов это была единственная действующая церковь в Шуе. В районе богослужения не прекращались лишь в церкви села Кузнецово. Утраченные церковные ценности частично заменялись пожертвованиями шуян, приносивших семейные иконы и книги. Архитектура храма сочетает поздний классицизм и псевдорусский стиль, строился он в несколько этапов усилиями шуйских купцов. Сначала к деревянной Никольской церкви пристроили тёплую каменную церковь Святого Апостола Якова с колокольней, затем деревянную церковь заменили каменной, а в тёплой части устроили придел Преображения Господня. Строительство велось с запада на восток. Название храма менялось в зависимости от главенствующего престола: сначала он был Преображенским, затем Никольским, а теперь снова Преображенским, согласно надписи на северной стене и епархиальным документам. До открытия в конце 90-х годов Воскресенского собора Преображенская церковь была соборной. Документальных свидетельств о её возникновении не сохранилось. Краевед В. Борисов предполагал, что церковь появилась во времена Ивана Грозного. Есть версия, что она была домовой при загородном доме князей Шуйских. Интересны описания надгробий неизвестных княгинь с полустёршимися надписями, находившихся на церковном кладбище в XIX веке. Среди сведений о церкви упоминаются подземные ходы: "В селе Мельничном близ Шуи жили князья Шуйские, где и теперь находятся обвалы, говорят о подземном ходе под рекой Тезою в Шую". Краеведы XIX века среди шуйских церковных достопримечательностей упоминали древнюю чудотворную икону Святителя и Чудотворца Николая, находившуюся в мельничной церкви. Гостям города рекомендовалось посетить Мельничное, чтобы приложиться к иконе. Одним из известных чудес было спасение села от польско-литовского разорения в начале XVII века. Сказания о чудесах утрачены, предположительно, в 1780 году при пожаре. В нескольких шагах от храма бьёт чудодейственный родник, известный с давних времён. В 1904 году он упоминается в реестре питьевых вод Владимирской губернии. Сохранилось предание о явлении здесь иконы святителя Николая Чудотворца, и с тех пор место называется источником святителя Николая. О святости источника свидетельствуют многочисленные случаи чудесных исцелений. Святителю Николаю был посвящён и сам храм.