В 1701 году по указу Петра I был основан Невьянский железоделательный завод. Первая плавка была произведена 15 декабря 1701 года, и эту дату принято считать днем рождения Невьянска.
4 марта 1702 года Государственный завод указом императора Петра I был передан в собственное владение заводчику Никите Демидовичу Антуфьеву (Демидову), основателю династии Демидовых.
Никита Демидов и его сын Акинфий построили у завода деревянную церковь о трех престолах. Первый, в честь Преображения Господня, был освящен в 1710 году. Второй престол, в честь Успения Божией Матери, и третий, во имя святых апостолов Петра и Павла, были освящены в 1712 году.
Вместо деревянной церкви готовилась к постройке новая каменная. Но ни Акинфий Демидов, ни его сын Прокопий, ни Савва Яковлев, купивший в 1759 году Невьянский завод, каменную церковь не построили.
В 1772 году деревянная церковь сгорела, но до каменной все не доходили руки, и на месте старой появилась новая деревянная церковь.
В состав прихода входили не только Невьянский, но и Быньговский и Шуралинский заводы, а также две деревни — Федьковка и Дедюхина. Неудивительно, что деревянная церковь перестала вмещать всех желающих, и Невьянское заводоуправление ходатайствует о разрешении соорудить новый каменный трехпрестольный храм.
20 июня 1824 года епископ Пермский Дионисий выдал Невьянской заводской конторе разрешение на постройку каменной приходской церкви, а 10 августа в его присутствии при большом скоплении народа состоялась закладка храма.
Новый каменный храм рос «на глазах» его предшественницы, старой деревянной церкви, которая оставалась действующей, но 12 декабря 1826 года она сгорела по причине неосторожного обращения сторожей с огнем.
Однако, к тому времени основные строительные работы были завершены, и 20 марта 1827 года был освящен южный придел в честь Успения Пресвятой Богородицы. 21 июня 1830 года был освящен северный придел во имя апостолов Петра и Павла, а 23 июня 1830 года — центральный придел в честь Преображения Господня.
Первоначально храм не имел колокольни. Он был квадратным, одноэтажным, четырехстолпным, пятикупольным, с четырех сторон здание украшали шестиколонные портики дорического ордера.
В 1850 году по ходатайству прихожан и на их добровольные пожертвования, а также на пособие от владельцев завода разрешается построить каменный притвор с колокольней.
В 1851 году было начато строительство пристроя и колокольни. Завершено в 1861 году. В притворе храма устраиваются два придела. В 1864 году освящен придел во имя Архистратига Михаила и в память освобождения крестьян от крепостной зависимости. В 1865 году освящен придел во имя святителя Николая, архиепископа Мирликийского, и Преподобного Саввы Освященного.
Построена Спасо-Преображенская церковь в стиле позднего классицизма. Храм идеально вписался в существующий заводской ландшафт, образовав вместе с Наклонной башней единый архитектурный ансамбль.
11 мая 1912 года указом Святейшего Синода Спасо-Преображенской церкви был присвоен статус собора — главного храма округа.
Наступил 1917 год. Для всей страны это были тяжелые времена. Не обошли стороной репрессии против священнослужителей. В 1922 году в стране разразился голод. Началась кампания по изъятию церковных ценностей, которая мотивировалась необходимостью оказать помощь голодающим.
Из Спасо-Преображенского собора исчезли наиболее чтимые святыни. В их числе серебряно-позолоченная риза Невьянского списка с Верхнетагильской иконы Божией Матери «Знамение», копье с крестом из чистой платины, серебряный позолоченный напрестольный крест с мощами святых, переданный, по преданию, в Преображенскую церковь из Далматова монастыря во время Пугачевского восстания. С Евангелия 1698 года и вышитой золотым плащаницы было снято большое количество драгоценных камней. В 30-е годы с колокольни были сняты 8 медных колоколов.
Собор стал уничтожаться. К концу XX века Спасо-Преображенский собор представлял собой здание, полностью утратившее облик храмовой архитектуры.
Идея возрождения Спасо-Преображенского собора сформировалась к началу 80-х годов прошлого века. С наступлением перестройки делаются первые шаги к реставрации собора.
В начале 1990-х годов специалистами московского института «Спецпроектреставрация» и архитектурно-строительного бюро завода были проведены обследования технического состояния несущих конструкций, сделаны обмеры здания, выполнен эскизный проект.
В январе 1992 года директор Невьянского механического завода Виктор Васильевич Хохонов подписал приказ «О создании самостоятельного реставрационного участка по восстановлению Спасо-Преображенского собора». 9 апреля архиепископ Курганский и Екатеринбургский Мелхиседек во время посещения Невьянска благословил начатые работы. Продолжить их не позволили начавшийся экономический кризис и тяжелое финансовое положение завода.
Для оказания финансовой помощи в восстановлении храма был создан благотворительный фонд «Старый Невьянский завод». В марте 2001 года был создан благотворительный фонд «Наследие Демидовых», ставший заказчиком всех работ по восстановлению собора.
Весной 2001 года начались строительно-монтажные работы, расчистка территории от поздних строений и коммуникаций. В ходе этих работ были обнаружены чугунная закладная плита 1824 года с именами строителей храма и его попечителей и крест, заложенный в основание престола.
19 мая 2001 года архиепископ Екатеринбургский и Верхотурский Викентий освятил основание престола Спасо-Преображенского собора.
Обнаруженные закладная плита и закладной крест были сфотографированы для истории и вновь помещены в основание храма. Рядом, в память второго рождения собора, была заложена новая плита с информацией о восстановлении храма.
После воссоздания основного объема Спасо-Преображенского собора начались отделочные работы. При этом специалисты применили ряд технологических новшеств. Например, штукатурку на основу куполов наносили не на голую металлическую сетку, а на сетку с керамическим покрытием, чтобы избежать воздействия разности температур на состояние штукатурки и обеспечить надежность покрытия.
У куполов храма необычная форма, напоминающая колокол, а отдельные участки поверхности имеют так называемую «Отрицательную кривизну», что привело к затруднениям при установке покрытия. Пришлось применить новые крепежные устройства (внутри куполов, имеющих конусообразную форму, установлен несущий каркас из стальных прокатных профилей). В качестве покрытия использовали нержавеющую сталь, обработанную нитридом титана («под золото»).
Колокольня храма построена из облегченного кирпича. Ее основание опирается на четыре угловых пилона, которые соединяют арки, поддерживающие сводчатое перекрытие колокольни.
19 августа 2002 года архиепископ Екатеринбургский и Верхотурский Викентий освятил металлический шпиль с крестом (его вес около 6 тонн, высота 18,5 метров), а 21 августа строители-монтажники установили его на колокольне. Общая высота колокольни со шпилем и крестом составила 64 метра.
30 июня 2003 года состоялось освящение восьми бронзовых колоколов, отлитых на средства СУАЛ-Холдинга мастерами товарищества «Пятков и Ко» (г. Каменск-Уральский). Вес колоколов — от 10 до 2490 кг.
Адрес: Россия, Свердловская обл., г. Невьянск, сквер Демидова, 1.