Самим головним і визначним храмом раніше чоловічого Спасо-Преображенського монастиря був його собор. Храм належить до числа видатних пам'яток архітектури і живопису 16 століття.

На сьогоднішній день Спасо-Преображенський собор – найдавніша мурована будівля монастиря. Відомо, що зведення собору відбулося в період між 1506 та 1516 роками згідно з указом Василя III – московського князя. Артіль майстрів була прислана з Москви, хоча на посаду керівника був призначений італійський зодчий, які в свій час вибудовував собори при Московському Кремлі. Собор розташований на могутніх підвалинах і повторює габарити раніше існуючого на цьому місці храму 13 століття, який був зруйнований під час пожежі в 1501 році.

Спасо-Преображенський собор являє собою хрестово-купольний чотиристовпний триголовий храм, оснащений позакомарним покриттям, що стоять на високому потужному подклете. З трьох сторін будинок оточений галереями, а саме з заходу і з півдня відкритими двоярусними, а з північної сторони – закритої двох'ярусної, збудованої ще в 17 столітті. Собор має шоломоподібні голови, які сьогодні повністю позолочені, хоча спочатку просто були покриті «білим німецьким лудженим залізом». В архітектурному оформленні собору можна помітити елементи так званої ордерної системи та фрагменти декоративного оформлення, що вказують на те, що на собор вплинула притаманна Італії ренессанского архітектура; в більшій мірі, для собору характерні строгість і лаконічність, відбиваються у російської архітектури 16 століття.

Протягом всього періоду існування Спасо-Преображенського собору він не один раз піддавався кардинальної перебудови, внаслідок чого його зовнішній вигляд змінювався буквально до невпізнання. Наймасштабнішими переробками стали роботи, проведені між 1709 та 1717 роками, 1768 та 1780, 1811 і 1814, а також в 1817 році. Починаючи з 1919 року, у соборі були розпочаті реставраційні роботи, при цьому найбільш головним, і в той же час завершальним етапом став період між 1957 і 1961 роками; всі належні роботи проводилися під контролем відомого архітектора – Караевой Е. М. За результатами всіх перетворень зовнішній вигляд собору при Спасо-Преображенському монастирі було повністю відтворено.

У питанні інтер'єрного оформлення Спасо-Преображенського собору важливо відзначити, що його розпис була здійснена в період між 1563 і 1564 роками ярославскими і московськими майстрами. Про даний факт оповідає літопис, яка розташована у великих круглих каймах на гранях, які перебувають з західної сторони стовпів.

На сьогоднішній день Спасо-Преображенський собор є єдиним пам'ятником на території всієї Росії, який зберігся в період грозненського часу і який має точну дату всіх робіт, а також імена майстрів.

Живопис собору не один раз оновлювалася, наприклад, у 1780 році вона була повністю записана. Через якийсь час її прописали за допомогою олійних фарб, що стало досить значущою подією, адже сильно постраждала об'ємна композиція Страшного Суду. Невелика кількість фресок були втрачені при перебудові храму, а деяка частина композицій частиною пропала. Реставраційні роботи монументального живопису тривали протягом 20 сторіччя. Важливо відзначити, що над собором працювали: Брягин Н.І., Перців Н.В., Юкин П. І. та багато інших. Остання реставрація була проведена в 1984-1996 роках.