Первая деревянная церковь в деревне Глазовской была построена в 1750 году на средства новообращенных удмуртов по указу Святейшего Синода от 3 апреля 1747 года. Она была освящена во имя Вознесения Господня с приделом в честь святителя Николая Чудотворца. Одновременно был открыт приход, и деревня Глазовская стала селом.

В 1786 году Вятская духовная консистория выдала грамоту на строительство каменной церкви вместо старой деревянной. Церковь строилась на средства прихожан и вдовы Феклы Кореневой из Слободского. Строительство завершилось в 1793 году, а главный престол был освящен в честь Преображения Господня 7 декабря 1798 года. Приделы в честь Николая Чудотворца и преподобного Исидора Пелусиота были освящены в сентябре 1794 года.

С 1801 года Преображенская церковь стала собором. В 1809 году была пристроена колокольня, а в 1817 году на средства прихожан в ней устроена церковь во имя Вознесения Господня. В 1859 году к колокольне пристроили теплую церковь с двумя престолами: в честь Божьей Матери "Всех Скорбящих Радость" и Николая Чудотворца. Иконостас был устроен Григорием Сергеевым.

В 1859 году Вознесенская церковь считалась одним из приделов теплой церкви. В 1875 году холодная церковь была разобрана. Новый храм был построен в 1879 году, но рухнул из-за неправильной конструкции купола.

В 1887 году храм был восстановлен с тремя престолами. В подвальной части устроена пещерная церковь во имя преподобного Исидора Пелусиота, освященная 8 июля 1893 года. Главный престол в честь Преображения Господня освящен 18 июля 1894 года. Придел во имя Божьей Матери Черниговской, построенный на средства купца Петра Васильева, освящен 21 июня 1896 года. Левый придел посвящен Святому Пророку Илии.

К 1913 году в соборе было семь престолов. В новой церкви престол в честь Преображения Господня освящен 18 июля 1894 года, в честь Пророка Илии, 3 сентября 1905 года, в честь Черниговской иконы Божией Матери, 21 июня 1896 года. В подвальной части пещерная церковь во имя Исидора Пелусиота освящена 8 июля 1883 года. В старой церкви престолы в честь Николая Чудотворца и иконы Божией Матери "Всех скорбящих Радость", а также престол Вознесения Господня в колокольне.

В 1865 году при соборе открыто церковно-приходское попечительство. К собору были приписаны три церкви: домовая церковь тюремного замка во имя Святого Ангела Хранителя, построенная в 1872 году, кладбищенская церковь во имя Сошествия Святого Духа на Апостолов, построенная в 1848 году, и Градская церковь во имя Святого Великомученика Георгия, построенная в 1902 году и закрытая в 1929 году.

В приходе собора были построены две часовни. Одна в память посещения города наследником престола в 1873 году и его кончины в 1890 году, другая в память отказа вотяков от языческих обрядов и спасения императора Александра III в 1888 году.

Старый Преображенский собор был закрыт 11 марта 1930 года и снесен 2 апреля 1934 года. Новый собор закрыли 9 февраля 1938 года и передали под городской театр. Вновь открыт в апреле 1947 года.

В 1960 году здание собора снесли из-за строительства моста через Чепцу. В 2006 году в Глазове к старому зданию церкви был пристроен придел Вознесения. Сейчас здание, где ранее располагались кинотеатр и спортивная школа, реконструируется и станет частью нового церковного комплекса. Проект разработан кировской мастерской "Анфилада". Реконструкция ведется при поддержке Попечительского совета и на пожертвования.