Начало XX века в селе Кимры ознаменовалось строительством нового храма в честь Преображения Господня. 21 июля 1902 года после литургии в Покровском соборе крестный ход во главе с Архиепископом Тверским и Кашинским Димитрием (Самбининым) и кимрским окрестным духовенством проследовал в конец улицы Ильинской (ныне Урицкого) для закладки нового храма на 1000 мест.
Каменный храм был заложен над целебным источником, освященным в честь святого пророка Илии. Видимо, поэтому один из трех престолов нового храма, находившийся, по преданию, прямо над источником, был освящен в честь св. пророка. Два других престола были освящены в честь Преображения Господня и вселенских учителей и святителей Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста. Храм был освящен и открыт для совершения богослужений в 1911 году.
В новый храм был назначен молодой настоятель священник Феодор Колеров. К церкви были приписаны прихожане близлежащих улиц и нескольких окрестных деревень. Предполагалась у храма и встроенная колокольня, но начавшаяся Первая Мировая война помешала осуществлению планов, и колокольня была построена временная, деревянная. Звонило на ней восемь колоколов.
С приходом Советской власти Православная Церковь из формально господствующей превратилась в реально гонимую. Кимрские храмы стали закрываться или их отдавали обновленцам, тем самым лишая верующих последнего оплота и утешения.
Наконец, в 1927 году Кимрский горсовет направил в губисполком ходатайство о закрытии Преображенской церкви. Ходатайство было одобрено и направлено в Москву для утверждения. Спустя год после начала дела, несмотря на протесты верующих, председатель ВЦИК М.И. Калинин утвердил ходатайство горсовета. 19 мая 1929 года было совершено последнее богослужение, храм был закрыт и превращен в клуб кустарей, а спустя несколько лет в зернохранилище.
После Великой Отечественной войны отношение власти к Церкви немного потеплело, и по просьбе верующих 22 мая 1947 года храм был вновь открыт для богослужений. Однако жизнь в приходе едва теплилась, и если бы не назначение в 1973 году нового настоятеля храма священника Иоанна Басюка, то, возможно, приход закрылся бы во второй раз. Благодаря трудам батюшки храм приобрел то внутреннее и внешнее великолепие, которое он имеет теперь. Храм приобрел статус собора, стал центром Благочинного округа. Произошло бы и многое другое, но безвременная кончина о. Иоанна остановила его труды.