В самом центре Черниговского Вала возвышается величественный храм, увенчанный пятью куполами и конусообразными башнями. Это Спасо-Преображенский собор — уникальный архитектурный памятник начала XI в., который является самым древним православным храмом, как на Украине, так и в России. Древнее только Константинопольская София, которая ныне находится в турецком Стамбуле. Киевская София моложе Черниговского Спаса на несколько лет, а Новгородская София — на два десятилетия.
Заложен храм около 1030–1034 годов черниговским князем Мстиславом Владимировичем, а в первые упомянут в летописи 1034 года. Известно, что после его смерти в 1036 г., стены храма, согласно летописи, были возведены на высоту всадника стоящего на коне. Достроенный при правлении Святослава Ярославича, собор стал главной святыней Чернигово-Сиверской земли: здесь хранились чудотворные иконы и мощи святых. На протяжении около 900 лет он был кафедральным собором Черниговской епархии и центром общественной и государственной жизни. Здесь же хоронили князей и духовных владык епархии. Здесь похоронены князья Мстислав Храбрый, Святослав Ярославович, его сын Глеб, Олег Святославович, Игорь Ольгович, которого чтили, как местного черниговского святого, и много других. Здесь с 1246 года покоились мощи святых мучеников князя Михаила и его боярина Федора, пока указом Ивана Грозного в 1572 году мощи перевезли в Москву для поднятия ее авторитета. Некоторые ученые считают, что именно здесь был похоронен герой «Слова о полку Игореве» князь Игорь, который правил в Чернигове в 1198–1201 гг. Здесь же похоронены иерарх Черниговскойепархии Лазар Баранович (1963 г.), Амвросий Дубкевич (1750 г.). Здесь покоились, перенесенные из Борисоглебского собора, мощи Феодосия Углицкого и др. Во времена древней Руси здесь находилась одна из самых почитаемых на Руси икон — Смоленская икона Божьей Матери («Одигитрия»), которую Владимир Мономах перевез в Смоленск.
В плане собор представляет собой большой (35х22,4 м.) трехнефный храм с шестью столбами и тремя апсидами. Раскопки показали, что к восточным углам были пристроены небольшие часовни, которые не сохранились. Фасады здания сложены чрезвычайно нарядной кирпичной кладкой со скрытым рядом. Фасады также оформлены пилястрами, в первом ярусе плоскими, а во втором профилированными.
Спасо-Преображенский собор — пятиглавый восьмистолпный храм. Он является единственным сохранившимся на левобережье Украины памятником монументального каменного зодчества периода расцвета Киевской Руси. О его бывшем богатом внутреннем убранстве свидетельствуют остатки фресок, резные плиты хоров, пола, колонны.
Во время взятия Чернигова в 1239 г. войсками Батыя собор был разграблен. По преданию в соборе закрылись последние защитники города. Жена князя Мстислава Глебовича, который руководил обороной, что бы не попасть в руки врага, выбросилась из окна «красного терема» в соборе. Епископскую кафедру перенесли из Чернигова в Брянск. Только в 1675 году при архиепископе Лазаре Барановиче были проведены восстановительные работы.
Следующая основательная перестройка храма был в 1791–1798 гг., после того, как храм сильно пострадал от пожара 1750 г., когда были утрачены практически все древнерусские фрески. Говорят, что в 1783 г. в Чернигове проездом был Потемкин, который очень заинтересовался собором. Именно по его ходатайству были выделены средства на ремонт. К сожалению, эта перестройка навредила храму больше, чем все предыдущие разрушения. Тогда были пристроены остроконечные башни по бокам собора, что придает собору схожесть с костелом, и которые служили как солнечные часы.
В 1818 г. художник Я. Юринов расписал масляным красками внутренний объем храма, который можно видеть и сейчас. В 1891 г. были позолочены купола.
Иконостас собора изготовлен нежинскими мастерами С. Волощенко и С. Белопольским по проекту архитектора И. Яснигина. Иконописные работы выполнил борзнянский священник Т. Мизко.
Спасо-Преображенский собор в Чернигове принадлежит к уникальным памятникам византийско-киевской школы зодчества первой половины XI века. Он сыграл значительную роль в формировании строительных норм в храмовом строительстве домонгольской Руси.
В советское время в соборе был музей. Сейчас же это опять действующий храм.
