В 30-х годах XIX века к храму была добавлена трапезная часть в стиле классицизма, в которой обустроили два придела.

На протяжении XVIII и XIX веков храм неоднократно перестраивался и расширялся. К нему пристроили трапезную часть и обустроили приделы в честь Николая Чудотворца и святителя Тихона Амафунтского.

В 80-х годах XIX века на прежнем месте был заново возведен трехпрестольный собор в русско-византийском стиле, сохранивший старую трапезную часть с двумя приделами. Таким образом, собор стал пятипрестольным. В конце XIX, начале XX веков под трапезной частью обустроили подземный храм-усыпальницу Шепелевых. В 30-е годы XX века Преображенский собор был разрушен, и все шесть престолов утрачены.

В наши дни, после раскопок и открытия сохранившейся подземной части собора, 29 июня 2000 года архиепископ Калужский и Боровский Климент, митрополит Воронежский и Липецкий Мефодий и епископ Людиновский Георгий освятили основание для строительства нового двухярусного Преображенского собора по новому проекту, разработанному "Творческой мастерской архитектора О. Гридасова".

Новый каменный пятикупольный собор, завершенный к лету 2005 года в русско-византийском стиле по крестово-купольной схеме, включает два храма: нижний (полуподземный) во имя преподобного Тихона Калужского и верхний в честь Преображения Господня. Летом 2006 года были завершены отделочные работы в нижнем храме, установлен басменный иконостас. 29 июня 2006 года освятили новую резную позолоченную раку над мощами преподобного Тихона Калужского. 28 августа, в праздник Успения Божией Матери, митрополит Калужский и Боровский Климент освятил храм во имя преподобного Тихона Калужского и провел первую праздничную Божественную Литургию.

28 августа 2009 года митрополит Калужский и Боровский освятил верхний храм собора в честь Преображения Господня с двумя боковыми приделами: южным в честь иконы Божией Матери «Иверская» и северным во имя «Собора преподобных Оптинских старцев».

С 2013 по 2016 годы верхний храм Преображенского собора был расписан русскими мастерами в византийском стиле. Росписи создают атмосферу, наполненную золотым светом и библейскими образами, способствующую напряженной и радостной молитве.

В храме проводятся богослужения круглый год. В нижнем храме, во имя преподобного Тихона Калужского, ежедневно проходят утренние молитвы, полунощница и братский молебен перед ракой с мощами преподобного Тихона Калужского, а также молебны и панихиды в течение дня. Раз в неделю совершается Божественная литургия. В престольный праздник монастыря 28 и 29 июня в нижнем храме служится молебен с акафистом и проводится ранняя Божественная литургия.

В верхнем Преображенском храме вечерние богослужения и Божественная литургия проводятся по будним дням попеременно с Никольским храмом, а также в дни празднования престолов собора, Преображения Господня, иконы Божией Матери «Иверская» и преподобных Оптинских старцев.

Внутреннее убранство нижнего храма включает деревянный иконостас, покрытый листовой басмой, с писаными иконами, отдельно стоящую резную позолоченную раку над мощами преподобного Тихона, деревянный клирос, резные киоты с иконами и кованые светильники. В верхнем храме находятся три деревянных резных иконостаса (центральный трехъярусный из кипариса, в боковых приделах из липы) с писаными иконами, деревянный клирос, резные киоты с иконами, позолоченные паникадила и бра.