Спасо-Преображенский собор заложен святым благоверным князем Михаилом Тверским вместе с первым тверским епископом Симеоном в 1285 году. Святыня была разрушена в советские годы. Восстановление храма на прежнем месте началось в 2014 году. Сбор средств на проведение работ ведётся благотворительным фондом «Собор».

На месте строительства храма были проведены масштабные археологические изыскания, в ходе которых ученые обнаружили основание древнейшего собора, некрополь XII века, который предшествовал строительству собора XIII века. Благодаря этим раскопкам получены ценные сведения о планировке и обустройстве собора.

Сейчас в храме ведутся работы по устройству кровли апсид и основной кровли, тепловых сетей, парусов сводов, электромонтажные и другие работы. Полностью выполнены монтаж окон, декоративного камня на фасаде, штукатурные работы внутри собора. В июле 2019 года на соборе установлены купола и кресты.

5 декабря 2018 года в возрождаемом храме состоялась Божественная литургия, которую провёл митрополит Тверской и Кашинский Савва.

В собор был принесён ковчег с частицей мощей святого благоверного князя Михаила Тверского. Накануне святыню тверскому духовенству передал Патриарх Московский и всея Руси Кирилл во время праздничного богослужения в Успенском соборе Московского Кремля в год 700-летия подвига Михаила Тверского и 650-летия преставления его супруги Анны Кашинской.