Построена в 1714 году на месте одноимённой шатровой церкви, сгоревшей в 1694 году.

Высота от основания до креста центральной главы — 37 м, размер в плане — 20,6×29 м.

Относится к типу деревянных восьмериковых ярусных церквей. Основой композиции сооружения является восьмигранный сруб — «восьмерик» — с четырьмя двухступенчатыми прирубами, расположенными по сторонам света. Алтарный восточный прируб имеет в плане форму пятиугольника. С запада к основному срубу примыкает невысокий сруб трапезной (нартекса). На нижний восьмерик последовательно поставлены еще два восьмигранных сруба меньших размеров.

Церковь увенчана двадцатью двумя главами, размещенными ярусами на кровлях прирубов и восьмериков, имеющих криволинейную форму типа «бочки». Форма и размеры глав меняются по ярусам, что придает своеобразный ритмический рисунок облику церкви. Трапезная перекрыта трехскатной крышей. Вход в церковь выполнен в форме двухвсходного крытого крыльца на консолях. Верхняя и нижняя площадки крыльца перекрыты двускатными крышами на резных столбах. Верхние восьмерики опираются на перекрещивающиеся балки нижележащих восьмериков — «переходные четверики» — и раскреплены бревенчатыми подкосами.

Основа интерьера церкви — четырёхъярусный иконостас, включающий 102 иконы.

В 1990 году храм включён в список всемирного природного и культурного наследия ЮНЕСКО.

Среди некоторых исследователей деревянного зодчества Поморья, существует мнение, что одним из прообразов кижской Преображенской церкви явился Храм Покрова Божией Матери расположенный в Заостровье в четырёх километрах от города Архангельска.