19 декабря 1990 года архиепископ Самарский и Сызранский Евсевий вместе с духовенством Тольятти провел водосвятный молебен для закладки первого камня Преображенского собора. В тот же день был установлен памятный крест с надписью о будущем строительстве собора на этом месте.

Строительство Преображенского храмового комплекса в Тольятти началось в июне 1992 года с возведения крестильного храма Иоанна Предтечи, рассчитанного на 800 человек, и прилегающего административного корпуса.

В проектировании Спасо-Преображенского собора участвовали проектное управление ОАО «АвтоВАЗ», архитектурный отдел Троице-Сергиевой лавры и строительные организации «Гидромонтаж» и «Монолит».

28 мая 1996 года владыка Сергий заложил первый камень в строительство Спасо-Преображенского собора и провел водосвятный молебен в присутствии многочисленных священнослужителей и гостей. Камень, заложенный вместе с памятной грамотой в кирпичную кладку храма, является частицей камня с горы Фавор, где Спаситель явил ученикам Свое Преображение. Этот камень был передан группе тольяттинских паломников настоятелем Преображенского монастыря на горе Фавор.

19 августа 2002 года, в день Преображения Господня, в Тольятти состоялось торжественное освящение Спасо-Преображенского собора, после чего архиепископ Самарский и Сызранский Сергий провел Божественную литургию.

Все расходы на строительство собора взяло на себя ОАО «АвтоВАЗ». Строительство осуществлялось управлением капитального строительства промышленных зданий и сооружений ОАО «АвтоВАЗ» и генеральными подрядчиками: АО «Гидромонтаж», «Куйбышевболгарстрой» и ООО «Инвест-Авто».

62-метровый храм возвышается на самом видном месте в центре Автозаводского района. Площадь застройки составляет 2,8 тыс. кв. метров. Собор включает в себя главный алтарь в честь Преображения Господня, южный алтарь в честь святителя Николая Чудотворца и северный алтарь в честь 40 мучеников Севастийских, хоры, западный притвор, северное и южное крыльцо и подклет. Центральный иконостас достигает высоты 15 метров. Полы собора украшены разноцветной мозаикой из 12 видов мрамора. Впечатляют резные дубовые двери с латунной фурнитурой и решетками. Кресты на куполах выполнены из нержавеющей стали с золотым покрытием.