История Преображенского собора ведёт отсчёт с 1814 года, когда инженерное начальство Бендерской крепости начинает работы по отодвижению города от крепости на 250 саженей (600 м) к югу с целью создания крепостной эспланады. Находившиеся на этой территории Успенская и Никольская церкви, из-за своей ветхости, при переносе разрушились, что и обусловило принятие решения о строительстве на месте развалин турецких казарм нового храма в честь Преображения Господня.

22 августа 1815 года, при военном параде в присутствии горожан, состоялась закладка Преображенского собора как символа освобождения Бессарабии от турецкого ига. Проект храма был подготовлен членом Кишинёвской духовной дикастерии архимандритом Иоаникием, и предполагал в соборе три придела: Никольский (левый) и Успенский (правый), названные в память о разрушившихся церквях, а также Преображенский (центральный).

Никольский придел был освящён 5 декабря 1819 года. В этот же день прихожане собрали средства на освящение Успенского, которое состоялось 19 декабря того же года. В 1820 году строительные работы были завершены и в Преображенском приделе.

В 1825 году, для храма, в Одессе был заказан иконостас с балдахином на семи деревянных колоннах. Иконописные и резные работы выполнили священник Н. Конилевский и канцелярист И. Палишинский. Наконец, в 1827 году собор освятил высокопреосвященнейший Димитрий.

В 1832 году завершилось строительство колокольни, однако, в связи с нехваткой средств, как храм, собор оформился лишь к 1840 году.

Выполненный в стиле крестово-купольной архитектуры в рамках русского классицизма с элементами молдавских народных традиций, собор отличался лаконичностью, внушительной монументальностью, подчёркнутым контрастом глади стен и приставленных к ней колонн, а главный купол собора был решён в виде шлема древнерусского воина.