По оценке архитекторов Преображенский собор в центре Бутурлиновки является самым грандиозным по своей объемно-пространственной композиции и декору памятником 19 века в Воронежской области. Преображенский собор – жемчужина сохранившегося архитектурно-градостроительного наследия Воронежской епархии.

Решение построить новый храм пришло в конце 19 века, потому-что те шесть церквей (Успенская, Воскресенская, Покровская (действующая и поныне), Кресто-Воздвиженская, Феодосиевская, Преображенская), которые действовали в то время в Бутурлиновке, не могли вместить всех верующих. Средства на постройку собора собирали среди прихожан, немалый вклад внес хлеботорговц Василий Михайлович Кащенко.

В 1885 году грандиозный проект был выполнен архитектором строительного отделения Воронежского губернского правления Владимиром Всеволодовичем Стойновским (1850-1898, его имя указано на мраморной закладной доске) при участии архитекторов Д.В. Знобинина и С. Л. Мысловского. В.В. Стойновский вскоре покинул Воронеж и наблюдать за воплощением его замысла был назначен его сослуживец, гражданский инженер Станислав Людвигович Мысловский (1856-1918) – известный зодчий, который выполнил проект Христо-Рождественской церкви в городе Анна. 

В 1886 году инициатор строительства Василий Михайлович Кащенко умер, и старостой Преображенской церкви стал его сын Алексей Васильевич Кащенко со своими младшими братьями Александром и Иваном. На закладной доске указаны и другие старатели из числа бутурлиновцев: крестьян Федора Ивановича Шевцова; Федора Михайловича Головчанова и Алексея Ивановича Момрова.

В этом же году началось строительство собора: прежняя церковь Преображения Господня была разобрана, за исключением трапезной, которую временно приспособили под богослужения. Спустя пять лет вырос величественный из красного кирпича пятиглавый собор, а еще через  два года была сделана отделка интерьеров. Подрядчиком по строительству собора был государственный крестьянин из Козловки Павел Иванович Филатов (1847-1917). 

В сложном декоре фасадов сочетаются мотивы византийской архитектуры и классицизма. Кружево красного кирпича прерывается лишь белым цветом наличников. Над четырьмя боковыми главами возвышается центральный купол. На трехъярусной колокольне установили часы с боем. Внутреннее убранство собора поражало своим великолепием. Иконостасы и все киоты были мраморные, резные, итальянской работы. Альфрейную роспись стен под мрамор выполняли московскими мастерами. Иконы были "академической работы в византийском стиле".

Церемония освящения престолов длилась 11, 12, и 13 июля 1893 года. Освящение проводил Правящий Архиерей епархии епископ Воронежский и Задонский Анастасий (Добрадин) в сослужении кафедрального протоиерея и десятков священников, прибывших из Боброва и окрестных сел. В главном храме престолов было три: Преображения Господня, святого Николая Мирликийского и святого Димитрия Ростовского. В 1909 году был освящен еще один престол во имя святого Василия Парийского, устроенный в трапезной.

На приходе имелись казенная, две земских школы и церковно-приходская, именовавшаяся Преображенским училищем, где преподавали священники. При храме служили семь человек: три священника, один диакон и три псаломщика. Настоятелем храма в 1886 году был о. Иоанн Алексеевич Игнатов, при нем священниками были Василий Васильевич Цветов и Ипполит Димитриевич Мишин, диаконом – Николай Петрович Корыстин, псаломщиками – Илья Александрович Поташин, Димитрий Романович Карасев и Георгий Михайлович Автономов, просфорницей была вдова священника Александра Алексеевна Авсенева. Старостой храма вплоть до революции оставался Алексей Васильевич Кащенко. Приход насчитывал 1044 двора, где проживало 6600 человек. 

В начале 1980-х гг. в период войны собор закрылся и в нем проводился ремонт танков. Затем долгое время в нем находился торговый склад.

В начале 90-х собор возвращен епархии, возродилась церковно-приходская жизнь, снова возносится молитва к Богу.  В течение десяти лет в Спасо-Преображенском соборе ведутся реставрационно-ремонтные работы: восстановлены киоты на колоннах, роспись стен. Есть задумка вернуть собору первозданную красоту. Поэтому по старинным фотографиям восстанавливается эскиз дореволюционного иконостаса. 

По благословению Высокопреосвященнейшего Сергия, митрополита Воронежского и Борисоглебского, в соборе ежедневно совершается Божественная литургия. Особо торжественна она в престольный праздник Преображения Господня.

Служители - протоиерей Александр Беляев, иерей АлександрГорденин.