Povijest Preobraženjske crkve seže do 1794. godine, kada je Crkvena opština zagrebačka dobila dozvolu za kupovinu katoličke kapele Svete Margarete na ulazu u Ilicu. Nakon što je stara Margaretska crkva služila za obrede punih 70 godina, pristupilo se gradnji novog hrama. Preobraženjska crkva u Zagrebu podignuta je na istom mjestu šezdesetih godina 19. stoljeća.

Na izgradnji i projektiranju opreme hrama radili su najznačajniji zagrebački arhitekti 19. i 20. stoljeća: Franjo Klajn, Herman Bole i Stanko Kliska.

Pored Saborne crkve, u Zagrebu se pravoslavni vjernici imaju još dva bogoslužbena mjesta – manastir Svete Petke na Svetom Duhu i kapelu svetih Petra i Pavla na zagrebačkom groblju Mirogoj.