По легенде, эта церковь стоит там, где великие князья встречали ханских послов с «Басмой» или «Болваной» (войлочным изображением хана). Иван III отказался платить дань и втоптал болвана в землю. В память об этом событии он приказал построить храм во имя Преображения Господня.
В 1635 году рядом с ним появилась построенная инокиней Марфой (матерью царя Михаила Федоровича) церковь Спаса Преображения. А следом здесь образовалась «Красная царицына и великой княгини слобода». Владела ей первая супруга Петра I Евдокия Лопухина.
Существующее кирпичное здание церкви сменило деревянные храмы. Его построили на средства купцов Д. Оленева и К. Матвеева. Считается, что автором проекта был В.С. Обух. Колокольню и трапезную пристроили в 1839 году по проекту Н.И. Козловского. Но от первоначальной композиции церкви Спаса Преображения сохранился лишь сам храм.
Церковь на Болвановке закрыли в 1930 году, трапезную и колокольню разрушили, а иконы Преображения Господня, Божией Матери «Утоли мои печали» и «Иверская» исчезли.
В 1932 храм обезглавили, сняли крест, разобрали верхние ярусы колокольни, после чего он превратился в парашютную вышку. Затем в здании церкви на Болвановке разместилась фабрика «Рот-Фронт». А в 1980-1890 годах в здании храма работал ремонтно-строительный участок хозяйственного управления Госкомитета по науке и технике.
Сейчас храм действует.
