13 марта 1719 года архимандрит Кирилло-Белозерского монастыря Иринарх освятил церковь во имя Преображения Господня. В то время все монастырские строения, включая собор, были деревянными, и часто страдали от пожаров. Один из таких пожаров, случившийся 3 апреля 1754 года после Пасхальной литургии, уничтожил церковь и колокольню. Благодаря вкладам Императрицы Елизаветы Петровны, собор был восстановлен к 1756 году. Храм имел пять престолов: главный в честь Преображения Господня и четыре в приделах. Академик Николай Озерецковский, посетивший монастырь в 1787 году, отметил, что его местоположение красиво, но деревянные строения не соответствуют этому величию.

Для возрождения монастыря митрополит Гавриил Петров пригласил иеромонаха Назария Кондратьева из Саровской пустыни. 7 марта 1782 года Назарий был назначен строителем Валаамского монастыря и возведен в сан игумена. Он разработал план каменных строений, который был утвержден 10 февраля 1785 года. В течение восьми лет, с помощью благотворителей, были возведены все монастырские постройки. Спасо-Преображенский собор стал двухэтажным, с пятью куполами в форме луковиц. Нижняя церковь была освящена в 1789 году, верхняя, в 1794 году. Впервые на Валааме появился храм в честь основателей монастыря, Сергия и Германа.

Игумен Назарий оставил монастырь в процветании. Его преемник, иеромонах Иннокентий, продолжил благоукрашение обители. В 1808 году был заключен контракт с живописцем Алексеем Козьминым на роспись собора. В 1823 году деревянная рака была заменена на серебряную. В 1828 году Элиас Леннорт, создатель эпоса «Калевала», посетил монастырь и был впечатлен его великолепием.

В XIX веке монастырь достиг расцвета, особенно при игумене Дамаскине. Валаам стал известен строгой монашеской жизнью и благодатными старцами. С открытием пароходного сообщения с Петербургом увеличилось число паломников. В 1846 году архимандрит Игнатий Брянчанинов предложил построить новый большой собор. В 1874 году профессор М.А. Щурупов разработал проект нового собора, но его реализовал ученик игумена Дамаскина, игумен Ионафан II, заказавший проект А.Я. Силину. Строительство началось в 1887 году.

Строительство собора шло с трудностями, но после проверки слухов о беспорядках работы продолжились. Архитекторы Г.И. Карпов и Н.Д. Прокофьев внесли изменения в проект. В 1892 году был освящен главный престол нижней церкви, а в 1896 году, верхняя церковь. В 1940 году, после советско-финской войны, монастырь перешел к СССР. В годы войны монастырь использовался как военная база, а после войны, как дом-интернат.

В 1971 году собор был взят под охрану государства, но к этому времени он уже сильно пострадал. В 1989 году началось возрождение монашеской жизни на Валааме. В 2002 году был образован Патриарший Попечительский Совет для восстановления монастыря. В 2005 году Святейший Патриарх Алексий II освятил Спасо-Преображенский собор.