Спасо-Преображенский собор отличает необычная ограда, созданная по проекту архитектора Василия Стасова. Она была приурочена к победе в русско-турецкой войне 1828-1829 годов и состоит из многочисленных 18 и 24-фунтовых трофейных орудий турков, вывезенных из различных крепостей: Измаила, Варны, Тульчи, Исакчи, Слилистрии и др. Пушки были выделены в дар храму по указу Николая I; на них до сих пор можно рассмотреть полученные при создании имена: например, «Гнев аллаха», «Священный полумесяц», «Гром извергающий», «Дарю лишь смерть» и т.д.

В августе 1825 года возник пожар и первый Спасо-Преображенский собор сгорел, но из него успели вынести все основные святыни. От собора остались лишь стены.

В 1825—1829 годах он был восстановлен архитектором Василием Стасовым в стиле ампир. Именно в этом виде собор и дошёл до наших дней. Восстановленный храм был освящён 5 (17) августа 1829 года митрополитом Серафимом (Глаголевским).

Главный алтарь был освящён в честь праздника Преображения Господня, правый (южный) придел — в честь Преподобного Сергия Радонежского, а левый (северный) — в честь священномучеников Климента Римского и Петра Александрийского, день памяти которых отмечается 25 ноября (по старому стилю).

Новый Спасо-Преображенский собор стал одним из самых популярных в Санкт-Петербурге. Современники Стасова говорили, что в городе существуют два выдающихся сооружения - Казанский и Спасо-Преображенский соборы. За создание этого храма архитектору императором был подарен бриллиантовый перстень и 1 325 рублей, сэкономленных зодчим на сооружении ограды из стволов пушек.

При соборе с 1871 года действовало приходское благотворительное общество, которое содержало богадельню, детский приют, столовую, школу для солдатских детей и бесплатные квартиры. С 1912 года в нём действовало Братство трезвости и целомудрия. В праздник Преображения Господня (народное название — Яблочный спас), приходящийся на 6 августа (по старому стилю), у храма устраивался традиционный фруктовый базар.

После Октябрьской революции 1917 года собор оставался действующим. В 1918 году он стал приходским, и знамёна, орудия и военные трофеи, хранившиеся в соборе, были изъяты и переданы в Артиллерийский музей, а с 1950 года эти реликвии находятся в коллекции Эрмитажа. Также в 1920-е годы были изъяты многие ценные иконы.

Во время Ленинградской блокады в подвале храма было устроено бомбоубежище на 500 человек, в котором оказывалась помощь раненым. В 1946—1948 годах была проведена реставрация фасадов и интерьеров храма.

Спасо-Преображенский собор никогда не прекращал свою работу, был действующим всё советское время. Внутри храма находится доска со списком погибших офицеров полка с 1702 по 1917 год.

Спасо-Преображенский собор является одним из самых посещаемых храмов Санкт-Петербурга. Широко известен хор собора, где выступают солисты Академической капеллы.

Первый настоятель собора - протопоп Лука Иванов (28 января 1752 — 13 марта 1758)

С 11 августа 2014 года по настоящее время настоятелем Спасо-Преображенского собора является протоиерей Николай Брындин