Како су градске власти циљано отежавале и одуговлачиле процес добијања дозвола за градњу цркве, православна општина Загреба је 1794. године купила капелу Свете Маргарете, на самом улазу у Илицу, са припадајућим земљиштем. Дата, дотад римокатоличкакапела, која је припадала Загребачкој бискупији, спомиње се на овом месту од 1334. као жупна црква уз коју су се одржавали „маргаретски сајмови“ (одржавали су се од 1337). Касније је црква припала жупи Светог Марка. како је речено, Капела Свете Маргарете продата је 1794. православним, у то време грчким припадницима, који су тада као трговци и новчари боравили у Загребу. Кад Грка више није било, црква је почела служити православнимСрбима. Од 1848. загребачкаправославна црквена општина добија префикс српска.
Због овакве историје саборног храма, улица која пролази иза цркве и данас се зове Маргаретска, а она која пролази испред ње зове се Преображенска.
Капела је била у врло лошем стању и ван употребе, па, и поред оправки, нијем могла дуже служити сврси. Нова црква, у духу православнеархитектуре, подигнута је на месту старе богомоље 1866. године, по нацртима архитекте Фрање Клајна. Снажан потрес погодио је Загреб1880. године није причинио много штете цркви. Обновљена је 1883—1884. године по нацртима архитекта Хермана Болеа. Тада је у њу постављен садашњи иконостас с иконама које је радио сликар Епаминондас Бучевски, поријеклом из Черноваца у Буковини. Херман Боле ће у још два наврата обнављати Преображенску цркву - 1899, када на њу поставља нову капу звоника и 1913—1914, када јој је потпуно преобликовао прочеља.
Врач погађач је 1896. писао о поновном насртају (каменовање) српских храмова у Загребу и Карловцу.[1]
1992. године је минирана зграда Митрополије и Музеја СПЦ, које се налазе уз цркву. На срећу, Милешевска плаштаница, која се налазила (а и данас, 2023. се налази) у Музеју, није уништена.[2]