История Преображенского собора тесно связана с развитием города и региона. По указу Екатерины II от 30 марта 1783 года на юге Украины была создана новая административно-территориальная единица, Екатеринославское наместничество, объединившее Азовскую и Новороссийскую губернии. Наместнику, князю Г.А. Потемкину, было поручено выбрать место для нового города, который станет центром наместничества.

В указе от 22 января 1784 года местоположение города определялось так: «Губернскому городу под названием Екатеринослав быть по правой стороне Днепра у Кайдака».

Город должен был стать третьей столицей Российской империи, «южным братом» Петербурга. Планировалось создание университета, академии художеств, консерватории, строительство самого большого в России храма и сети ткацких фабрик.

Эти амбициозные планы должен был реализовать князь Потемкин, который, несмотря на свое богатство, сохранял энергию государственного деятеля и дипломата.

По замыслу Потемкина, Екатеринослав должен был стать вторым Римом и третьей южной столицей империи, а городской собор, символом екатерининского правления.

В письме к Екатерине II от 8 октября 1786 года Потемкин описывал собор как величественный храм Преображения Господня, символизирующий преображение страны из бесплодных степей в обильный край.

9 мая 1787 года Екатерина II лично заложила первый камень в основание алтаря собора.

Однако планы по строительству города в полном масштабе не были реализованы из-за нехватки средств и людей. Проект собора, созданный французским архитектором Клодом Геруа, был грандиозным, но не был воплощен.

Назначенный в 1788 году архитектор Иван Старов перепланировал Екатеринослав и создал более реалистичный проект собора.

Но и этот проект не был выполнен. После смерти Потемкина финансирование сократилось, а после смерти Екатерины II прекратилось вовсе.

В 1805 году местный землемер Неелов создал новый проект собора, который был отклонен Александром I. Разработка была поручена архитектору Адриану Захарову, чье здание Адмиралтейства в Петербурге стало образцом русского классицизма. Преображенский собор, меньший по объему, стал отдаленным подобием собора в Кронштадте.

Императорские указы не всегда преодолевали местную бюрократию. Спор о месте собора задержал строительство на годы. Николай I решил, что собор можно строить на Горе, где его заложила Екатерина II.

20 апреля 1830 года начались подготовительные работы, а 22 мая состоялась повторная закладка собора. Строительство завершилось 9 мая 1835 года, а 29 июня собор был освящен. Он стоил 300 тыс. рублей, из которых 100 тыс. собрали местные жители, и был в шесть раз меньше первоначального проекта.

Собор сохранил петербургский стиль и пластику русского классицизма. Потолки и своды расписали академики Безсонов, Сазонов и Теребенев. Стены были расписаны под цветной мрамор, а иконостас украшал собор.

Собор был главным в Екатеринославской губернии до революции. В 1915 году его посетил Николай II. До 1930 года собор оставался действующим.

В 1931 году в соборе открыли первый в стране научно-атеистический музей, а шпиль разобрали как идеологически вредный. По плану 1941 года собор должны были снести.

После войны собор долго стоял пустым. В 1946 году иконостас сожгли, а фрески забелили. Собор хотели снести для строительства микрорайона, но он стал складом бумаги.

В 1968 году началась реставрация собора. В 1975 году здесь открылся музей религии и атеизма.

В 1991 году собор вернули православной Церкви. Под его сводами вновь зазвучали молитвы. Первым настоятелем стал протоиерей Анатолий Северин.

Реставрация собора с тремя приделами завершается. Центральный посвящен Преображению Господню, правый, святителю Николаю, левый, святой великомученице Екатерине. Восстановлены иконостас и росписи.

У стен собора захоронены три архиерея: архиепископ Феодосий Макаревский, епископ Августин Гуляницкий и третий, не опознанный.

Собор играет важную роль в возрождении Православия на Днепропетровщине. Он стоял у истоков песенного фестиваля «От Рождества к Рождеству», который стал Всеукраинским. Здесь проводится просветительская и благотворительная работа.

По благословению Владыки Иринея и стараниями настоятеля протоиерея Ярослава Денеки, Преображенский собор вновь становится жемчужиной края.