Расположен в историческом центре Санкт-Петербурга на берегу канала Грибоедова рядом с Михайловским садом и Конюшенной площадью неподалеку от Марсова поля. Высота девятиглавого храма составляет 81 метр, в нём может вместиться до 1600 человек.

Храм был возведен по указу императора Александра III в 1883–1907 годах по совместному проекту архитектора Альфреда Парланда и архимандрита Игнатия, на месте, где 1 марта 1881 года был смертельно ранен император Александр II. Архимандрит Игнатий впоследствии от строительства отошел. Проект выполнен в «русском стиле», несколько напоминает московский собор Василия Блаженного. Строительство длилось 24 года. 6 (19) августа 1907 года, в день Преображения, собор был освящен.

Санкт-Петербург, наб. канала Грибоедова, 2