Вулиця була закладена у 1817 році під сучасною назвою. Вулиця перетинала Соборну площу, де знаходиться найбільший православний храм Одеси — Спасо-Преображенський собор, який і дав назву вулиці. Із приходом до влади більшовиків назву змінили на вулиця Троцького на честь Льва Троцького (в період 1920—1928 роки), однак після вислання останнього з СРСР, у 1928 році, назву змінили на 10-ліття Червоної Армії, згодом залишивши просто Червоної Армії.
У період з 1941 по 1944 роки вулиця дістала назву Короля Міхая І (рум.Regele Mihai I), однак із поверненням радянської влади було повернено і радянську назву. У 1946 році Червона армія змінила свою офіційну назву на ″Радянська армія″, відповідно було і змінено назву вулицю на Радянської Армії. Тільки відновлення Україною незалежності, 18 серпня 1994 року, вулиці було повернено історичну назву — Преображенська.
Особливістю вулиці є те, що, на відміну від більшості інших, її перший квартал, до перетину з Отонівським провулком і Софіївською вулицею, парні будинки розташовані по лівий бік вулиці, а непарні — по правій.
Будинки
№ 1 — житловий будинок.
№ 2а — житловий будинок, збудований у 1850-х роках (архітектор О. Коллович). Тут мешкав український військовик білоруського походження, герой Шипки, генерал-ад'ютантФ. Ф. Радецький. У цій будівлі до 1941 року містилася фабрика фотопластинок, пізніше — протезний завод, а тепер — «Морський гідрофізичний інститут» та «Фізико-хімічний інститут захисту довкілля та людини».
№ 3 — житловий будинок Рабиновича, збудований наприкінці XIX століття (архітектор Л. Ф. Прокопович).
№ 5 — житловий будинок Лілії Бродської, збудований у 1881 році (архітектор Д. Є. Мазиров).
№ 6 — житловий будинок Михайла Карузо.
№ 8 — будівля колишнього комерційного училища імені Імператора Миколи І (нині — Одеський національний економічний університет), збудована у 1876—1877 роках (архітектор Ф. В. Гонсьоровський). Будівля була двоповерховою, у 1930-х роках, був надбудований третій поверх.
№ 9 — житловий будинок Льва Толстого, збудований у 1850 році (архітектор Ф. Й. Моранді). В будинку у 1887—1889 роках мешкав болгарський народний поет, громадський діяч Іван Вазов.
№ 10 — житловий будинок Адаменка, збудований у 1847 році (архітектор І. С. Козлов).
№ 11 — будинок 1-го Російського Страхового товариства «Життя», збудований у 1900 році архітектор В. І. Шмидт. Тут мешкали та працювали: польський композитор, професор Еміль Млинарський; літературознавець, академік Петербурзької АН А. І. Кирпичников; електрохімік, Герой Соціалістичної Праці, академік О. Н. Фрумкін.
№ 16 — будинок збудований у середині XIX століття. У перші повоєнні роки у будівлі розмістилося Обласне відділення товариства з поширення політичних та наукових знань. Тепер також належить Одеському художньому коледжу імені Митрофана Грекова.
№ 18 — прибутковий будинок Машевського, збудований у 1903 році (архітектор В. О. Домбровський).
№ 23 — прибутковий будинокБернгарда Лібмана, збудований у 1887—1888 роках (архітектори А. А. Нієс, Е. Я. Меснер, Г. А. Моргуліс) на місці будинку гауптвахти. Після 1917 року верхні поверхи (включно з мансардами) поділені на комунальні квартири. На першому поверсі розташовувалися різноманітні установи, серед яких найвідоміші — Центральна ощадна каса № 5340 (кінець 1920-х — початок 1930-х років), румунське видавництво «Букул» (під час окупації у 1941—1944 роках), букіністичний магазин «Облкниготоргу» (1950-ті роки). Нині будинок перебуває в аварійному стані та потребує реконструкції.