Cerkiew Przemienienia Pańskiego została wzniesiona na fundamentach dawnego zamku Ostrogskich. Pierwotnie grekokatolicka świątynia rozpoczęła swoją budowę w 1717 roku, lecz ze względu na brak funduszy postępowała bardzo powoli. Dzięki hojności Eliasza Wapińskiego, zamożnego kupca, prace budowlane zostały dokończone i cerkiew konsekrowano w 1747 roku, choć znajdowała się jeszcze w stanie surowym.
W latach 1911-1912 świątynia przeszła przebudowę z jednonawowej na trzynawową z wieżami i kopułą. Po II wojnie światowej, w wyniku wysiedleń ludności grekokatolickiej, cerkiew straciła swoich parafian. Następnie służyła jako miejsce nabożeństw dla dzieci i młodzieży parafii łacińskiej. Dopiero w 1987 roku grekokatolicy odzyskali swoją świątynię, którą w latach 1987-1993 poddano remontowi i przywrócono do celów sakralnych.
Eliasz i Pelagia Wapińscy, fundatorzy cerkwi, zostali pochowani w jej kryptach.
W cerkwi znajduje się również cenna ikona Matki Boskiej w typie Hodegetrii, znana jako Brama Miłosierdzia. Ikona została koronowana koronami papieskimi w 1996 roku, z okazji 400-lecia Unii Brzeskiej. Papież Franciszek poprosił także o obecność tej ikony na Placu św. Piotra w Rzymie podczas inauguracji Roku Miłosierdzia w 2015 roku, co stanowiło wielkie wyróżnienie dla miasta.