Осенью 1900 года жители Оренбурга готовились отметить 150-летие со дня освящения Преображенской церкви, известной как «Золотой» собор из-за позолоченных фонарей на куполе и колокольне. В 1899 году Оренбургская ученая архивная комиссия предложила вернуть Преображенской церкви статус собора. Основной причиной было её историческое значение как первого каменного храма в Оренбургской епархии, который на протяжении почти 150 лет оставался главным в городе. Во второй половине XVIII века он считался главным храмом всего Оренбургского края и был кафедральным до постройки нового Казанского собора. Также это предложение было выражением признательности И.И. Неплюеву, который способствовал строительству православных храмов в регионе. Однако епархиальное начальство не поддержало эту инициативу.

Строительство храма началось весной 1746 года, а завершилось и освящение состоялось 12 ноября 1750 года. Храм был построен по инициативе И.И. Неплюева, основателя Оренбурга на его нынешнем месте и первого губернатора края. На стене храма есть надпись, подтверждающая это: «совершися же и освятися по благословению преосвященного Луки, епископа казанского и свияжского, тщанием высокопревосходительного господина действительного тайного советника и кавалера Ивана Ивановича Неплюева. Ноембрия во 12 день на память, иже святых отца нашего Иоанна Милостивого». Вероятно, этот день был выбран в честь дня ангела Неплюева, родившегося 5 ноября. На освящение храма Неплюев пригласил епископа казанского Луку, который не смог приехать и прислал вместо себя протопопа Благовещенского собора из Казани. В честь праздника и дня прибытия первого переселенческого эшелона 21 ноября 1735 года Неплюев назвал первую оренбургскую церковь «Преображенскою», а вторую, «Введенскою».

До начала 1930-х годов исторические храмы Оренбурга украшали городской пейзаж на берегу Яика-Урала. В марте 1931 года местные власти приняли решение о сносе Преображенской церкви, и она была разобрана на кирпич. Сейчас на месте первого капитально построенного храма в Оренбурге находится трансформаторная подстанция, расположенная недалеко от музея города.