Ескіз, за яким створювався храм, розробив архітектор Гавришкевич. У 1703-31 рр., до того як тут з'явилася Преображенська церква, на цьому місці розташовувався костьол тринітаріїв – католицького чернечого ордену, скасованого в 1783 році. Всі споруди стали власністю університету.
Бомбардування 1848 року перетворила на руїни вси будівлі, що належать університету. Після цього було вирішено побудувати на території, де раніше знаходився костел, Преображенський собор. Оформленням фасаду і внутрішнього оздоблення святині займалися імениті скульптори і художники Львова: Коверко, Осінчук, Піліховських, Попель, Марконі.
Освятили і урочисто відчинили двері храму для парафіян в 1906 році. Пізніше, за часів заборони греко-католицьких церков, Преображенський храм виявився під Московським патріархатом Російської православної церкви. Але в 1989-му святиню повернули Український греко-католицький церкви, тоді вона і стала називатися Храмом Преображення Господнього.
У 1948-му на східцях церкви відбулося вбивство оунівців отця Гавриїла Костецького, який очолював процес злиття греко-католицької церкви з московською православною. Храм відомий також наявністю древніх підземель, які за старих часів служили місцем поховання. У 1990-х рр. всі мощі були перепоховані в братській могилі. Відвідати підземні ходи може кожен бажаючий.
