Спасо-Преображенский кафедральный собор заложен по указу Екатерины II, отданному 18 декабря 1786 года, по проекту архитектора Н. А. Львова (с изменениями, внесёнными Выборгским губернским архитектором И. Брокманом, который уменьшил размеры храма, оставив весь декор неизменным). Первоначально храм был построен купольным, его портик, расположенный перед главным входом, состоял из колонн тосканского ордера. В течение следующего столетия храм регулярно менял свой внешний вид. Изначально колокольней этого храма служила Часовая башня, но затем была выстроена новая, стоявшая отдельно от него колокольня. Несколько позже храм и колокольню соединили. После учреждения 5 сентября 1859 года Выборгского викариатства Санкт-Петербургской епархии храм стал кафедральным собором города Выборга. 24 октября 1892 года Выборгское викариатство было преобразовано в самостоятельную Выборгскую и Финляндскую епархию Русской православной церкви, и собор стал её главным храмом. Поскольку с момента постройки прошло уже более века, то была проведена реконструкция, в результате которой собор и получил современный облик.
    11 февраля 1921 года Выборгская и Финляндская епархия была преобразована в Финляндскую автономную православную церковь.  С 1947 года, после советско-финской войны, собор снова стал относиться к Русской православной церкви. В 1962 году в Русской православной церкви был восстановлен титул «епископ Выборгский» для викариев Ленинградской (Санкт-Петербургской) епархии. Решением Священного Синода Русской православной церкви от 12 марта 2013 года восстановлена самостоятельная Выборгская епархия, и собор стал кафедральным храмом епископа Выборгского и Приозерского.