Самым главным и примечательным храмом ранее мужского Спасо-Преображенского монастыря являлся его собор. Храм относится к числу выдающихся памятников архитектуры и живописи 16 века.

На сегодняшний день Спасо-Преображенский собор – самое древнее каменное строение монастыря. Известно, что возведение собора произошло в период между 1506 и 1516 годами согласно указу Василия III – московского князя. Артель мастеров была прислана из Москвы, хотя на должность руководителя был назначен итальянский зодчий, которые в свое время выстраивал соборы при Московском Кремле. Собор располагается на мощных фундаментах и повторяет габариты ранее существующего на этом месте храма 13 столетия, который был разрушен во время пожара в 1501 году.

Спасо-Преображенский собор представляет собой крестово-купольный четырехстолпный трехглавый храм, оснащенный позакомарным покрытием, стоящим на высоком мощном подклете. С трех сторон здание окружено галереями, а именно с запада и с юга открытыми двухъярусными, а с северной стороны – закрытой двухъярусной, выстроенной еще в 17 веке. Собор имеет шлемовидные главы, которые сегодня полностью позолочены, хотя изначально просто были покрыты «белым немецким луженым железом». В архитектурном оформлении собора можно заметить элементы так называемой ордерной системы и фрагменты декоративного оформления, указывающие на то, что на собор повлияла присущая Италии ренессанская архитектура; в большей мере, для собора характерны строгость и лаконичность, отражающиеся в русской архитектуре 16 столетия.

В продолжение всего периода существования Спасо-Преображенского собора он не один раз подвергался кардинальной перестройке, по причине чего его внешний облик преображался буквально до неузнаваемости. Самыми масштабными переделками стали работы, проведенные между 1709 и 1717 годами, 1768 и 1780, 1811 и 1814, а также в 1817 году. Начиная с 1919 года, в соборе были начаты реставрационные работы, при этом наиболее главным, и в то же время завершающим этапом, стал период между 1957 и 1961 годами; все надлежащие работы проводились под контролем известного архитектора – Караевой Е.М. По результатам всех преобразований внешний облик собора при Спасо-Преображенском монастыре был полностью воссоздан.

В вопросе интерьерного оформления Спасо-Преображенского собора важно отметить, что его роспись была осуществлена в период между 1563 и 1564 годами ярославскими и московскими мастерами. О данном факте повествует летопись, которая расположена в больших круглых каймах на гранях, находящихся с западной стороны столпов.

На сегодняшний день Спасо-Преображенский собор является единственным памятником на территории всей России, который сохранился в период грозненского времени и который имеет точную дату всех работ, а также имена мастеров.

Живопись собора не один раз обновлялась, например, в 1780 году она было полностью записана. Спустя время, ее прописали при помощи масляных красок, что стало довольно значимым событием, ведь сильно пострадала объемная композиция Страшного Суда. Небольшое количество фресок были утрачены при перестройке храма, а некоторая часть композиций частью пропала. Реставрационные работы монументальной живописи продолжались на протяжении 20 столетия. Важно отметить, что над собором работали: Брягин Н.И., Перцев Н.В., Юкин П.И. и многие другие. Последняя реставрация была проведена в 1984-1996 годах.