Спасо-Преображенский кафедральный собор служит самым древним в Тамбовской области православным собором и первым каменным, который возведен в Тамбове. Его строительство начал тамбовский епископ Питирим еще в 1694 году на месте деревянной Спасо-Преображенской церкви. Строительство было закончено только в 1783 году, при помощи вклада Тамбовского коммерсанта М. Бородина. В 1812 году неподалеку от собора была возведена новая каменная трехярусная колокольня. В начале двадцатого века в стенах этого храма побывал император России Николай II, а так же Иоанн Кронштадтский и сама княгиня Елизавета Федоровская.
В 1929 году храм был отдан Тамбовскому краеведческому областному музею, а в 1993 году он был возвращен православной церкви. Постановлением Облисполкома храм в 1974 году был взят под охрану государства в качестве памятника местного назначения. Как известно, в нижнем храме находятся мощи святого Питирима, покровителя города и самой земли тамбовской, подарки от царя Алексея Михайловича. Кроме этого там находятся почитаемые как святыни фелонь святителя и икона Девпетерувской Божьей Матери.