В 1991 в Тольятти на градостроительном совете было принято решение о строительстве храмового комплекса, состоящего изкрестильного храма, дома причта, колокольни и Преображенского собора. Первоначально предполагалось расположить Спасо-Преображенский собор на берегу Волги, но из-за большого расстояния до жителей города было решено поставить собор ближек жилым домам в Автозаводском районе (ул. Революционная, 32 квартал).
Автор архитектурно-дизайнерского проекта — московский архитектор Дмитрий Сергеевич Соколов. Генеральным спонсором строительства стал «АвтоВАЗ».
Площадь застройки собора составляет 2800 м². Вместимость — более 3000 человек. Высота по главному кресту — 62 метра от уровня земли. Собор включает в себя главный алтарь в честь Преображения Господня, южный и северный алтари, хоры, западный притвор, северное и южное крыльца и подклет. Высота центрального иконостаса у алтарей — 15 метров. Полы выложены мозаикой из двенадцати видов мрамора. К открытию собора тольяттинские ювелиры изготовили 16 икон на эмали в серебряных окладах. Внутренние и наружные двери — из дуба, с резьбой, латунными фурнитурой и решётками. Купола покрыты нержавеющей сталью «под золото». Из такого же материала изготовлены и кресты. Центральный купол весит 26 тонн, и его установка в сборе с помощью специального подъёмного крана стала уникальной строительной операцией.
Внутри храм освещен тринадцатью паникадилами, самое большое из которых имеет семь ярусов и высоту около десяти метров.
Здание весьма современно с инженерной точки зрения: храм оборудован радиотрансляцией, системой вентиляции, пожарной и охранной сигнализациями, прочими коммуникациями, а также устройством наружной подсветки фасада.