Двухэтажный пятиглавый храм Преображения Господня построили в 1842 году на месте обветшавшей церкви Николая. Проект здания в стиле русского классицизма разработал архитектор В. Федосеев. Отличительной чертой новой церкви от других святынь стали дорические колонны, украсившие фасады постройки с лицевой стороны.
На первом этаже находилось два придела – во имя Святой великомученицы Варвары и во имя Архистратига Михаила. Главный престол – во имя Преображения Господня – располагался на втором этаже; там же находились приделы Тихвинской иконы Богоматери и Николая Чудотворца.
Первозданный вид Преображенского храма сильно исказили в советские времена. После закрытия церкви с нее убрали четыре из пяти куполов, вследствие чего постройка стала похожей на обыкновенное здание. Перестроенную святыню отдали в распоряжении дирекции Оружейного завода. Долгие годы первый этаж использовали в качестве склада, а второй занимали учреждения Пролеткульта. Затем в бывшем храме расположилась коммунально-эксплуатационная часть. В послевоенные годы здание заняла Морская школа.
Только в 1960 году Преображенский храм признали памяткой архитектуры XIX столетия и взяли под государственную охрану.
В 1993 году постройку отдали Тульской православной классической гимназии. В первом десятилетии нового века были произведены реставрационные работы. Зданию вернули снесенные ранее четыре купола, заново обустроили оба этажа.
В настоящее время богослужения в Преображенском храме не проводятся, но при нем работает воскресная школа.
