В ходе визита в город Тверь 22 февраля духовник Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Кирилла схиархимандрит Илий (Ноздрин) встретился с митрополитом Тверским и Кашинским Амвросием. Затем посетил Спасо-Преображенский собор который был заложен святым благоверным князем Михаилом Тверским вместе с первым тверским епископом Симеоном в 1285 году. В XVII веке на месте древнего Спасо-Преображенского собора был отстроен новый, в XVIII веке воздвигнута трехъярусная колокольня. Святыня была разрушена в советские годы.
Восстановление храма на прежнем месте началось в 2014 году.
На месте строительства храма были проведены масштабные археологические изыскания, в ходе которых ученые обнаружили основание древнейшего собора, некрополь XII века, который предшествовал строительству собора XIII века. Благодаря этим раскопкам получены ценные сведения о планировке и обустройстве собора.
5 декабря 2018 года в возрождаемом храме состоялась первая Божественная литургия.
В собор был принесён ковчег с частицей мощей святого благоверного князя Михаила Тверского. Накануне святыню тверскому духовенству передал Патриарх Московский и всея Руси Кирилл во время праздничного богослужения в Успенском соборе Московского Кремля.
В июле 2019 года на соборе установлены купола и кресты. С июня 2020 года в Спасо-Преображенском кафедральном соборе начались регулярные богослужения.