В прошлом Преображенский храм располагался рядом с переправой через реку Оку и пристанями. Во время половодья вода доходила до его входа. В описании 1626 года он упоминается как «Преображение Спасово на Подоле с приделом Рождества Пречистой Богородицы, деревянный, клетцкий, в старом остроге на Подоле».

Нынешний храм с приделом в честь Казанской иконы Божией Матери начали строить в 1709 году, завершив в 1717 году. Хотя официально церковь называлась Спаса Преображения «что под горой», чаще её называли Казанской. Главной жертвовательницей была царевна Наталья Алексеевна, пожертвовавшая 1000 рублей. Среди других знатных вкладчиков были стольник Д.А. Мансуров (100 рублей), боярин Б.П. Шереметьев (2 рубля) и князь А.Д. Меньшиков (11 золотых червонцев). Значительный вклад внёс митрополит Иона (Васильевский), ранее служивший здесь протоиереем.

В 1802 году был устроен придел в честь Положения ризы Господней и построена колокольня. Храм неоднократно перестраивался, превратившись в разноплановый ансамбль. Трёхъярусная колокольня примыкает к трапезной, а вход через неё украшен портиком. Храм увенчан пятью главами, из которых главная возвышается на двойном восьмиугольном основании. По обеим сторонам храма были боковые входы в виде галерей, которые не сохранились.

В начале 1930-х годов в Казанском храме служили священномученики Павлин (Крошечкин) и Димитрий (Добросердов). Храм закрыли в 1933 году, а в 1934 году с колокольни сбросили колокола. С 1938 года в здании размещалась Калужская скульптурная фабрика. Во время Великой Отечественной войны в его подвалах укрывались жители Калуги, а верх колокольни был повреждён артиллерийским снарядом.

8 апреля 1996 года храм был передан Калужской епархии. На Крестопоклонной неделе в 1998 году был освящён кованый четырёхметровый крест, который к вечеру Страстного Четверга водрузили на семидесятиметровую высоту колокольни. 18 июля 1998 года, в день памяти Сергия Радонежского, освятили и подняли на колокольню новые колокола. С 19 августа 2011 года в храме начались регулярные богослужения.