Формування вулиці Преображеньска розпочалося на початку ХІХ століття після ліквідації Чернігівської фортеці та перетворення Чернігова на губернський центр. Проте історичні згадки про територію сучасної вулиці сягають середини XVIII століття. В «Описі Чернігова 1766 року», складеному Мусієм Бочком, міститься інформація про існування магістралей у цьому районі. Це свідчить про довгу історію цієї місцевості, яка стала важливою частиною міського планування.
У 1805 р. місту був наданий новий план регулярної забудови, за яким передбачалося прокладання вулиці вздовж колишнього північного валу фортеці. Планувалося, що з південного боку вулиці з'явиться Міський бульвар, тож забудова тут була визначена лише одностороння. Наприкінці ХІХ століття вулицю офіційно назвали Бульварною, що відображало її новий статус у міській інфраструктурі.
У 1911 році, з нагоди візиту імператора Ніколая II до Чернігова, вулицю перейменували на Царську: саме нею імператор добирався до будинку губернатора, де відбувався урочистий обід.
На початку ХІХ століття на вулиці з'явилася будівля для Чернігівської губернської креслярні. Ця споруда зазнала значних ушкоджень під час Німецько-радянської війни, але була відновлена у 1950-х роках із добудовою додаткового поверху.
У роки Німецько-радянської війни було зруйновано 90% забудови вулиці з північного боку.
Сучасний архітектурний вигляд Преображенської вулиці сформувався в результаті масштабного повоєнного відновлення міста. Ці зміни стали частиною глобальних відбудов Чернігова, який сильно постраждав у той період.
Зараз вулиця візуально відокремлює Дитинець від основної частини міста.
