Храм розміщений на місці одного з найдавніших кварталів Львова. Історія Преображенського храму починається ще у XVII столітті і є пов'язана з приїздом до Львова монахів тринітаріїв. Середмістя тоді було оточене мурами, а забудова займала більшу частину поверхні тісних середміських ділянок . У криптах церкви збереглись стіни пивниць двох кам´яниць, які з великими труднощами набули монахи тринітарії, приїхавши до Львова у 1685 році. По боках церкви були ще дві інші кам'яниці, які також зайняв у 1686 році монаший орден.
У 1698 році вони отримали достатню суму грошей на будівництво храму і у 1703 - 1731 роках на місці розібраних кам'яниць було збудовано костьол св. Трійці. Ініціаторами та спонсорами будівництва були Анна Вельгорська та її син Антон Вельгорський, який здобув теологічну освіту у Франції та Іспанії вступивши до ордену у 1689 році. Під час своїх подорожей Антон Вельгорський проникнувся архітектурою французького класицизму XVII століття, що й пояснює стиль збудованої ним святині у бароковому, на той час, Львові.
Об'ємно-просторова композиція базиліки з компактним трансептом та неглибоким прямокутним пресвітерієм була типовою для монастирських костелів. Головна нава була вищою, що й давало їй верхнє світло. Через умови оточення будівничі були змушені зорієнтувати храм з святилищем на захід, а повноцінне архітектурне опорядження отримав лише головний фасад, який був звернутий до вулиці Краківської.
Фасад розчленовано на два яруси по вертикалі та три частини по горизонталі. Домінував центральний резаліт, оформлений у першому ярусі римсько-доричним портиком з чотирма спареними колонами на високих п'єдесталах. Другий ярус мав плоскі пілястри і закінчувався трикутним фронтоном.
Архітектура інтер'єру була значно гарнішою. Тут було застосовано оформлення коринфською аркадою у цілком бароковому стилі. До головної нави примикалися двоярусні бічні нави. Над теперішнім підбанником було неосвітлене перекриття у формі хрестоподібного склепіння.
У 1783 році монастир та храм переобладнано для потреб університету. Костел було пристосовано під бібліотеку і читацький зал. Та підчас революційних подій 1848 року, внаслідок артилерійського обстрілу, вони були фактично зруйновані та знищені пожежею (збереглися лише знищені вогнем стіни та фасад). Руїни та згарища тринітарського комплексу були подаровані Австрійським урядом у 1849 році українському народові Галичини для будівництва народного університету та другої міської церкви.
У 1851 - 1864 роках збудовано Народний Дім. У 1850 році архітектор цісарсько-королівського Галицького намісництва Антон Фрех зробив перший проект майбутнього храму. Та на той час бралася до уваги економність, тому було обрано мінімальні засоби архітектурної виразності. У 1872 році було затверджено другий проект храму, розроблений Сильвестром Гавришкевичем. Було вирішено максимально використати всі існуючі стіни, тільки до короткого пресвітерія добудувати півкруглу абсиду. (мал 6. Темним - стіни які залишилися від костелу св. Трійці, а світлим - добудова)
Суттєвих змін зазнав просторовий інтер'єр храму.
З введенням головного купола на високому світловому барабані прийшлось відмовитись від верхнього світла у наві, оскільки воно б створювало конкуренцію світлові, яке було під куполом. Щоб ще більше підкреслити та зосередити увагу на просторі під куполом було замуровано перехід з нав у трансепт в обох ярусах. Наприкінці 1901 року було ухвалено встановлення тут бічних вівтарів. Таким чином у храмі є три вівтарі - головний (центральний) та два бічних. Передбачалося повністю залишити опорядження стін коринфською аркадою.
З поданого малюнку та фотографії можемо побачити, що фасад храму фактично не змінився, хіба те, що тепер домінує не масивний фронтон, а стрункі високі вежі.
Зміною у фасаді також є те, що введено детально опрацьовані форми композитного та іонічного ордерів, які відділили другий ярус від рельєфноі і масивної дорики у нижній частині.
(16) 29 квітня 1906 року храм було освячено Преосвященним Митрополитом Галицьким Андреєм Шептицьким, Єпископом Перемишльським Константином Чеховичем та Єпископом Станіславівським Григорієм Хомишином. Він став оплотом національної свідомості українців на відміну і протиставлення Народному Дому, який був осередком москвофільства. Власне й через це, майже всю важливу роботу після Гавришкевича, виконували іноземні фахівці, незважаючи на те, що у Львові було багато своїх. Народний Дім у такий спосіб виражав свою ворожість до прогресивного українського руху, в якому були передові галицькі митці.