На месте современного храма существовала деревянная церковь Спаса Преображения «ещё во времена ярославских удельных князей», то есть до 1463 года. Церковь была приходской и располагалась на «городском торгу», отчего и получила устойчивое наименование «Спаса на Городу». В 1672 году на её месте на средства ярославского купца Игнатия Кислова построен каменный храм с северным приделом «что под башнею». С 12 июня по 2 августа 1693 года интерьер храма был расписан фресками. В 1694 году на средства другого местного купца, Ивана Кемского, был возведён тёплый южный придел. В 1831 году храм был значительно перестроен. Южный придел «переправлен снаружи и покрыт железной кровлей с кумполом и сходами, а внутри сделан накатный потолок и поставлен новый иконостас». К западному фасаду при­строена новая паперть. Церковь была заново освящена. В 1858 году стенопись храма была обновлена, а в тёплом Никольском приделе почти полностью выпол­нена вновь масляными красками (поздняя запись была снята в ходе реставрации начала XXI века). В 1918 году храм значительно пострадал в результате артиллерийского обстрела города красными интернациональными отрядами. В 1919—1920 и 1925—1926 годах проведены ремонтные и реставрационные работы, которые проводились за счёт средств общины верующих. В конце 1926 года приход закрыт, а здание церкви передано в ведение местного краеведческого музея. В 1930 году были сняты кресты над главами. 20 марта 1935 года постановлением Президиума ВЦИКа здание храма поставлено на государственную охрану. В 1936 году арендатором церкви стало областное отделение Союзутиля, а с 1939 года она арендована Яроблторгом и продолжала служить складом для различных товаров. В 1960-х годах церковь передана в ведение областного управления культуры. С тех пор и до начала 1990-х годов здесь находился книжный склад. В 1978—1981 годах храм был отреставрирован силами Ярославской реставрационной мастерской.