Самое первое деревянное здание Преображенской церкви фактически являлось еще и вообще самым первым православным храмом Воткинска, поскольку в основе здесь здание 1775 года, а оно заменило собой сожженную пугачевцами церковь 1760 года постройки.
Здание функционировало тогда в виде церкви св. Димитрия Ростовского, митрополита, канонизированного Русской Православной Церковью за три года до основания Воткинска. Эта первая воткинская церковь стояла посреди предзаводской площади у плотины. В связи с началом строительства вплотную с церковью каменного собора Дмитриевская церковь была перенесена на новое, открывшееся в 1812 году нагорное кладбище. В 1818 г. Димитриевская церковь уже не существовала на прежнем месте. На новом же месте она была возрождена в 1819 г. с переосвящением в 1820 г. во имя Преображения Господня.
Первая Преображенская церковь была выдержана в традициях московского допетровского культового зодчества и имела шатровое завершение. Это могло вызывать недовольство духовных властей, которые требовали введения новых архитектурных форм, соответствовавших архитектурным модам, шедшим из Петербурга. Поэтому в середине 1820-х гг. церковь была перестроена.
В 1838 г. деревянная Преображенская церковь была разобрана и к 1839 г. на ее месте была возведена одноименная каменная церковь.
Значительный рост числа населения Воткинского города-завода, повышение материального благосостояния его граждан и самое главное, укрепление среди них начал православия обусловили в совокупности необходимость возведения четвертого по счету кладбищенского храма. Он стал самым крупным уже круглогодично действующим, то есть отапливаемым. Торжественная закладка здания состоялась 6 августа 1897 г.