Преображенскую церковь начали строить около 1684 года, одновременно с Введенской церковью для женского монастыря. Руководил строительством зодчий Логин Корсаков, за которого поручились братья Мясниковы из Соликамска, высоко оценившие его работы.

Изначально строительство шло быстро, и через три года были возведены стены и своды. Однако из-за ошибки своды обрушились, и темпы работ замедлились. Для контроля за дальнейшим строительством был назначен посадский Никита Третьяков, который также отвечал за сбор средств на строительство монастыря по приказу воеводы Нарышкина.

6 сентября 1692 года Преображенскую церковь освятили. Она располагалась на восточной окраине Соликамска, провожая и встречая путешественников в Сибирь колокольным звоном. Евдокия Щепоткина, устроительница монастыря, часто молилась в этой церкви, доживая свой век под именем сестры Мелании. Она умерла в 1723 году и была похоронена за алтарем храма. После закрытия монастыря Преображенская церковь, как и Введенская, стала приходской.

В начале 1930-х годов церковь закрыли, иконостас разобрали, часть икон прихожане спрятали, а часть была уничтожена. Во время войны здание использовали для военных нужд: сначала там был гараж, для которого пробили ворота в стене, а затем церковь передали Камышинскому военному аэросанному училищу, пробив новые ворота для аэросаней. После войны в здании размещались различные организации.

В 1950-е годы была проведена научная реставрация, восстановлены утраченные детали и заделаны проломы в стенах. С 1991 года церковь вновь стала действующей, одной из первых в Соликамске.