Архитектурно-археологические остатки Преображенского собора расположены в центре комплекса. Собор монастыря был построен в 1595-1601 годах. Это был белокаменный шестистолпный трехапсидный храм, с пятью главами, размерами и художественными качествами не уступавший Благовещенскому собору.
Собор во имя Преображения Господня первоначально построен в 1550-х годах и представлял собой деревянное строение на каменном подклете. В 1596-1601 годах на его месте был построен каменный шестистолпный храм с пятью главами и с тремя алтарными выступами. Здание построено на более раннем каменном подклете, который чудом сохранился до наших дней и очень схож с нижним храмом Благовещенского собора. Это очень колоритное помещение с четырьмя столпами и стеной с проемами, отделяющей подалтарную часть, на которые опираются коробовые и крестовые своды Верхняя часть здания была взорвана в 30-е годы XX века. Но даже по этой сохранившейся части можно судить, насколько многочисленные перестройки претерпевал Преображенский храм на протяжении своего существования.
В XVIII веке были пристроены галереи с северной и южной стороны. Причем они отличались друг от друга. С южной стороны это сводчатые помещения на уровне нижнего яруса собора, соединенные с основным белокаменным объемом. Верх галереи имел плоское перекрытие и использовался как открытая паперть. Северные галереи были двухъярусные. Невысокий первый ярус представлял собой ряд сводчатых помещений. Крестовые своды опираются на большие белокаменные пяты трапециевидной формы. Второй ярус не сохранился. В настоящее время он в процессе восстановления. По историко-архивным данным, это сводчатое помещение под односкатной кровлей. На этом уровне галереи служили коридором, соединяющим собор с домом настоятеля и церковью Николы Ратного. С восточной стороны галереи начинались большим парадным входом. В 1901 году с западной стороны выполнен пристрой на всю ширину собора.
Преображенский собор разрушен в середине 1920-х годах, одним из первых в период борьбы с религией. До настоящего времени дошел цокольный этаж собора с перекрытиями. Стены подклета сложены из белого камня, блоки гладко отесаны и плотно пригнаны друг к другу. Сводчатые перекрытия также белокаменные, опираются на стены и два ряда квадратных столбов. Весь комплекс этих разновременных построек в настоящее время приспосабливается под Музей археологии Республики Татарстан.
Первая колокольня Спасо-Преображенского собора была деревянной. Вторая, каменная, просуществовала до 1858 года. Находилась она к северо-западу от собора на галерее, соединяющейся с настоятельским корпусом. За ветхостью колокольня была разобрана. В 1858-1860 годах была отстроена новая колокольня над Святыми вратами Варваринской церкви. На кубообразный объем с воротами по 1 этажу и церковью по 2 этажу надстроены 3 яруса. На втором ярусе помещались колокола, на третьем, боевые часы. В настоящее время выполнена музеефикация места расположения этой колокольни. Она показана другим цветом брусчатки на широком тротуаре.
