Мурована однобанна церква розташована в історичному середмісті на площі Рудченка неподалік Трьох-Анастасіївської церкви. Силует Спасо-Преображенського храму потрапляє на вісі вулиць Путивльської та Шевченка, що збільшує його композиційно-видовий вплив. Відтак храм є однією з головних архітектурних домінант Глухова.

Дерев'яна Спасо-Преображенська церква, що стояла за межами загальноміських укріплень і тому називалася «Заградською», відома з кінця XVII ст. Вона була тридільною, триверхою. Між нею і головним фортечним валом лежала незабудована еспланада. Муровану церкву замість дерев'яної, що згоріла під час пожежі 1748 р., завершили будувати в 1765 р. коштом отамана Генеральної армати Григорія Кологривого під наглядом головного архітектора Глухова А.В.Квасова. Зразком правили Трьохсвятительська церква у с.Лемешах та Вознесенська церква у Коропі (обидві на Чернігівщині). На початку XIX ст. у північно-західному куті церковного подвір'я спорудили муровану багатоярусну дзвіницю в стилі класицизму (зруйнована в 1930 р.). У 1855 р. архітектор А.Ассінг розробив проект прибудови з заходу теплої церкви. Прибудову здійснено в 1867 р. При цьому було розібрано західну екседру первісного об'єму церкви.

За радянської доби церква була закрита. У 1970-х рр. влада мала намір її знести. Проект реставрації розробив у 1982 р. інститут Укрпроектреставрація. Перший етап реставраційних робіт було завершено 1992 р., другий — у 2004 р. З 1989 р. церкву повернуто релігійній громаді.

До перебудови 1867 р. споруда була строго центричною, симетричною щодо двох взаємно перпендикулярних вісей, з пірамідальним характером композиції. Належить до типу баштоподібних тетраконхів квадрифолієвого плану з добре виявленим в об'ємах центральним четвериком. Четверик хрещатий, з дуже коротками раменами, до яких за сторонами світу прилягають удвічі нижчі за рамена екседри, перекриті конхами. Центральний четверик за допомогою під-пружних арок і трикутних пандативів несе масивний світловий восьмерик з восьмилотковим зімкнутим склепінням банястого характеру. Інтер'єр храму побудовано за принципом висотного розвитку центричного внутрішнього простору. Всі арки стягнуто парами залізних затяжок. Фасадний декор досить стриманий: кути четверика фіксують широкі пілястри; кожне рамено вінчається декоративним трикутним щипцем з круглим вікном-розеткою в тимпані. Стіни вінчає роз винений антаблемент, який включає розкріпований карниз. Найбільш тонко декоровано підбанник з тендітними віконними наличниками й карнизними гуртами. Дверні й віконні отвори мають трицентрові перемички й прості тягнуті наличники.

Прибудована з заходу тепла церква порушує первісну симетрію і центричність храму. Вона прямокутна в плані, видовжена, з вхідним тамбуром. Стіни членують в метричному шерегу великі аркові вікна, облямовані профільованою лиштвою, та вінчає розвинений карниз. Чоловий фасад вінчає трикутний фронтон з маківкою, а тамбур — лучковий фронтон. Тепла церква має плоску стелю з залізобетонних плит по сталевих прогонах.

Церква мурована з місцевої цегли на вапняно-піщаному розчині, потинькована. Фасади мають двобарвне пофарбування: жовте тло з білими деталями. Інтер'єр побілено. У пандативах частково збереглися олійні зображення Св. Євангелістів у медальйонах. Старий іконостас не зберігся. Підлога дощана. Щипцевий та вальмові дахи, а також баня по дерев'яних кроквах і кружалах укриті покрівельною сталлю і пофарбовані в зелений колір.

Спасо-Преображенська церква в Глухові є одним з найбільш мистецьки довершених тетраконхових храмів України. 1979 р. вона оголошена пам'яткою архітектури (нині — національного значення) з охоронним № 1538.