Предполагается, что Преображенскую церковь заложили около 1684 года. Она строилась одновременно с Введенской для женского монастыря.
Руководил всей работой приезжий зодчий Логин Корсаков. Поручителями за него выступали соликамские братья Мясниковы, ранее видевшие его архитектурные произведения и по достоинству их оценившие.
Сначала церковь строилась быстро. Уже через три года были возведены стены и сложены своды. Но из-за допущенной ошибки своды обрушились. Потому темпы работ замедлились. Для наблюдения за дальнейшим строительством соликамцы выбрали из своей среды посадского Никиту Третьякова. Он же по приказу воеводы Нарышкина должен был ведать сбором средств «на строение новодевича монастыря».
6 сентября 1692 г Преображенскую церковь освятили. Она была на восточной окраине Соликамска, провожала ехавших в Сибирь и встречала возвращавшихся оттуда колокольным звоном.
В этой церкви подолгу простаивала у образов устроительница монастыря Евдокия Щепоткина, умиротворенно доживая свой век под именем сестры Мелании. Скончалась она в 1723 году и погребена за алтарем храма. После упразднения монастыря Преображенская церковь, как и ее спутница Введенская, обращена в приходскую.
После закрытия церкви в начале 1930-х годов иконостас разобрали. Часть икон была спрятана прихожанами по домам, часть уничтожена.
С началом войны здание церкви приспособили для военных нужд. Сначала там разместили гараж, который устроил в стене широкие ворота для въезда грузовых автомобилей. Ворота были пробиты на месте некогда декоративно украшенного портала. Затем церковь была передана эвакуированному в Соликамск Камышинскому военному аэросанному училищу. Новые ворота пробили на месте древнего оконного проема, для прохода в здание аэросаней. После войны в Преображенской церкви сменяли друг друга различные организации.
В 1950-е годы была произведена научная реставрация здания, восстановлены утраченные детали, заложены проломы в стенах.
С 1991 года церковь, одна из первых в Соликамске, вновь стала действующей.
