Среди всех горнозаводчиков первыми на Урале смогли получить столь необходимый чугун легендарные Демидовы. Это произошло на Невьянском, тогда еще казенном, заводе 15 декабря 1701 года.

В те времена создание нового завода всегда сопровождалось строительством Божьего храма. 6 декабря 1702 года думный дьяк А. Виниус передал Никите Демидову «Память», свод петровских предписаний, с указанием: «А у старых заводов построить церковь Божию, при которой однолично детския школы, а больным больницы были б построены».

Никита Демидов исполнил это повеление, построив на территории завода деревянную церковь с тремя престолами: первым в честь Преображения Господня, освященным в 1710 году, вторым в честь Успения Божией Матери и третьим во имя святых апостолов Петра и Павла, освященными в 1712 году.

Спустя столетие, при новых владельцах завода Яковлевых, возникла необходимость в строительстве каменного храма, так как старый уже не вмещал всех молящихся. 20 июня 1824 года епископ Пермский Дионисий дал разрешение на строительство каменной приходской церкви, а 10 августа, в тринадцати саженях к северо-западу от Наклонной башни, состоялась церемония закладки храма. В 1826 году деревянный Преображенский храм сгорел, что, возможно, ускорило строительство каменной церкви. 20 марта 1827 года в новом храме освятили южный придел в честь Успения Пресвятой Богородицы. 21 июня 1830 года был освящен северный придел во имя апостолов Петра и Павла, а 23 июня, центральный придел в честь Преображения Господня.

В 1851 году началось строительство каменного притвора с колокольней. Спасо-Преображенский храм расширялся и благоустраивался. В притворе были устроены два придела: первый во имя святого Архистратига Михаила, освященный в 1864 году, второй, во имя преподобного Саввы Освященного и Николая Чудотворца, освященный годом позже.

Вместе с расширением храма происходило его внутреннее украшение: устанавливался новый позолоченный Преображенский иконостас с витыми колоннами, украшались Успенский и Петропавловский иконостасы. Все три иконостаса были выполнены в стиле барокко. К началу 60-х годов XIX века Невьянский храм стал одним из самых красивых в России и не имел равных на Урале. Его облик выражал идею Святого Православия и единства самодержавия и народности. Земное царство, по словам святых отцов Церкви, является иконой Небесного Царства, где все подчинено Единому и Неделимому Богу. Поэтому восстание против установленного Богом порядка считалось подражанием и служением дьяволу. Одним из самых страшных злодеяний XIX века стало убийство Александра II. В память о нем невьянцы решили увековечить его память, и в 1884 году рядом со Спасо-Преображенским храмом была построена и освящена часовня.

В XX веке злодеяния повторились в еще больших масштабах. За отступление от веры Господь попустил прийти к власти тем, кто утопил в крови всю православную Русь. Но это случилось позже, а пока заводская церковь встречала XX век во всем своем великолепии и силе. К тому времени Спасо-Преображенский храм стал самым крупным приходом Невьянска.

В мае 1912 года указом Синода Преображенскому храму был присвоен статус собора. Престольный праздник в том году прошел с особой торжественностью. К сожалению, такого масштабного празднования Невьянск не увидит многие десятилетия. Первая мировая война и последовавшая за ней революция, породившая новых гонителей Церкви Христовой, привели Россию к самому мрачному периоду в ее истории, советской диктатуре.

В августе 1918 года были убиты Вячеслав Луканин, дьякон церкви Невьянского завода, и Петр Иванович Иовлев, священник Преображенского собора, ныне причисленные к лику святых в сонме Новомучеников.

В 1922 году новая власть изъяла из Невьянского собора церковные украшения из золота и серебра, а в 1930-е годы были сняты восемь медных колоколов. В 1932 году храм закрыли. Узнав о предстоящем закрытии, прихожане успели спасти от поругания утварь, ризы, иконы и все, что можно было унести и спрятать. Так был спасен Невьянский список с Верхнетагильской чудотворной иконы, который сейчас находится в Вознесенской церкви Невьянска. Здание собора передали Невьянскому механическому заводу. Новые владельцы снесли колокольню, разобрали купол и многое другое.

Наступил новый век. 24 апреля 2000 года губернатор Свердловской области Э.Э. Россель подписал указ о реставрации памятников промышленной архитектуры в Невьянске. Так началось возрождение поруганной святыни.

19 мая 2001 года архиепископ Екатеринбургский и Верхотурский Викентий освятил основание престола Спасо-Преображенского собора. Крест и закладная плита, заложенные в 1824 году и обнаруженные при расчистке подвалов, оказались в целости и сохранности. В знак второго рождения храма была заложена новая плита.

Возрождение собора было необычной стройкой, которую доверили «Среднеуральскому управлению строительства». Завершать строительство выпало ЗАО «Корпорация «Атомстройкомплекс»».

Все это стало возможным благодаря деятельности благотворительного фонда «Наследие Демидова», которому были переданы функции заказчика всех работ. В число учредителей вошли известные уральские промышленные компании, но, как говорит исполнительный директор фонда Елена Коротковских, основную часть финансовых затрат взяла на себя Сибирско-Уральская алюминиевая компания, СУАЛ-холдинг.

28 июня 2002 года был зарегистрирован приход Преображенского собора. В июле 2003 года были освящены и установлены восемь колоколов. Самый большой из них весит 2 тонны 490 килограммов. Колокола отлиты товариществом «Пятков и К» в Каменск-Уральском. Языки к колоколам выкованы вручную. Колокольня Спасо-Преображенского собора имеет три яруса. В ее завершении, куполообразное перекрытие со шпилем, на котором установлен крест. Легенда гласит, что при строительстве колокольни священник, занимавшийся постройкой, поставил условие, чтобы колокольня была выше башни Демидовых, ведь Бог выше. Однако по завершении строительства колокольня оказалась ниже. Было решено установить шпиль с крестом, и только тогда колокольня стала выше Демидовской башни. Сейчас, с водружением шпиля, наш архитектурно-православный комплекс является одним из самых высоких на Урале. Высота со шпилем и крестом составляет 64 метра. В колокольне нашли отражение мотивы декоративного убранства Наклонной башни, причем колокольня не подавила башню, а обогатила силуэт города, видимый практически со всех сторон.

16 августа 2003 года состоялось освящение восстановленного Спасо-Преображенского собора. Службу возглавил правящий архиерей Екатеринбургской епархии архиепископ Викентий. Особенно торжественным в этом году стал для православных невьянцев день Преображения Господня, престольный праздник собора. Более семи десятков лет здесь царила «мерзость запустения», и вот в воскресшем из руин храме вновь началась богослужебная жизнь, что во многом преобразило и жизнь самого Невьянска. Буквально с первых дней в соборе стал формироваться церковный хор, который сейчас состоит из 15 певчих. В конце 2004 года хор записал собственный диск. В том же году при храме начала работу воскресная школа, где основы Православного вероучения постигают более пятидесяти детей.

Спасо-Преображенский собор стал для невьянцев настоящим духовным центром. При храме образовано общество трезвости. Желание помочь ближнему подвигло прихожан создать общество «Милосердие», оказывающее помощь больным, инвалидам, нуждающимся и всем тем, кто по своей немощи не может обеспечивать собственную жизнь.

В прежние времена Спасо-Преображенский собор поражал своим благолепием. Ныне, благодаря стараниям благоукрасителей, в соборе установлены пять фаянсовых иконостасов, выполненных Сысертским фарфоровым заводом. Невьянский собор стал третьим храмом на Урале, для которого сысертские мастера изготовили свою продукцию, первым был Крестовоздвиженский собор в Верхотурье, вторым, Храм-на-Крови в Екатеринбурге.

В день Преображения Господня, 19 августа 2003 года, Невьянский собор обрел свою старинную храмовую икону Святителя Николая Чудотворца. Перед самым приездом владыки Викентия чудом сохраненный образ передали настоятелю. Для всех прихожан это радостное событие стало знамением свыше, поскольку обретение святынь есть проявление милости Божией. Еще одну храмовую святыню, икону святого евангелиста Иоанна Богослова из царских врат бывшего Невьянского собора, подарил приходу главный архитектор района Александр Витальевич Нечхаев.

Возрожденный из праха Спасо-Преображенский собор прекрасно вписался в архитектурный ансамбль Невьянска. Архитектурно-градостроительные достоинства собора высоко оценены специалистами, ему придан статус памятника федерального значения. Восстановленная святыня, ставшая украшением исторического комплекса Невьянского завода, вновь собрала под своими сводами верующих. Здесь снова зазвучала церковная молитва и стали совершаться Таинства Божии, которые, преображая человеческую душу, соединяют ее с Самим Богом.