Церковь Преображения Господня расположена у главного входа в Никитский ботанический сад. Она возведена в византийском стиле однонефной базилики, но с элементами чисто русской храмовой архитектуры — небольшой звонницей псковского типа и несохранившимся теперь куполом, как пламя свечи с восьмиконечным крестом на ладье-полумесяце.
В Никитском ботаническом саду жили ученые-садоводы, учащиеся, рабочие, а своей больницы и церкви не было, приходилось ездить в Ялту. В 1881 году на пост директора Сада заступил Александр Иванович Базаров (1845–1907). Он сразу обратился в вышестоящие инстанции с просьбой заменить уже разработанный проект одноэтажной больницы новым — двухэтажным зданием, в котором разместились бы больница, церковь и квартира священника. В июле 1882 года пришло разрешение на строительство и была рассчитана смета. А. И. Базаров поручил подготовить проект гражданскому инженеру-архитектору Платону Константиновичу Теребеневу (1841–1902), при этом просил учитывать следующие пожелания: «Церковь должна свободно вмещать до 200 человек. Желательно было бы устроить алтарь таким образом, чтобы можно было отделить его от церкви и превратить последнюю временно в зал для торжественных собраний… Больница должна представлять собой просторное помещение для 6 больных. Одну или две койки поместить в отдельной комнате на случай опасных или заразных болезней… Для квартиры преподавателя (имеется в виду священник — преподаватель Закона Божьего в училище) достаточно 3-х просторных комнат, передней и кухни…» 18 февраля 1883 года был готов проект и утверждена смета на сумму 20 494 рубля.
Участок для строительства выбрали возле училища. Но, как выяснилось, известняки здесь залегали с уклоном на юго-запад, поэтому алтарь пришлось переориентировать на юго-восток, что несколько нарушило каноны строительства православных храмов.
Торжественная закладка состоялась 25 марта 1884 года, в праздник Благовещения. В присутствии ученых, садоводов, учащихся и рабочих Преосвященным Гермогеном, епископом Таврическим и Симферопольским была отслужена Божественная литургия. В основание фундамента положили доску с памятной надписью: «Во имя Отца и Сына и Святаго Духа. В царствование Благочестивейшего Государя Императора Александра III заложено здание сие с церковью Преображения Господня. При Министре Государственного Имущества М. Н. Островском, Директоре Департамента земледелия и Сельской Промышленности М. Н. Раевском, Директоре Императорского Никитского сада А. И. Базарове благословением Преосвященного Гермогена, Епископа Таврического и Симферопольского, тщанием Гражданского инженера П. К. Теребенева сего 1884 года марта в 25 день. Аминь».
Возведение здания шло быстрыми темпами, за 1884 год выполнили основной объем работ. Но из-за нехватки денег строительство продолжалось весь 1885 и половину 1886 года, отделочные работы завершили к августу. 19 сентября 1885 года установили крест, а к концу года закончили росписи в алтаре и на фасаде здания. В то же время художнику Ефрему Васильевичу Годуну заказали 11 икон, которые доставили в храм к 1 января 1885 года. А Святейший Синод передал будущей церкви книги: Евангелие в бархатном переплете с золотым теснением и с застежками, Апостол, Ирмологий простой, Канонник, Минею месячную и другие, всего 17 наименований.
Храм освятил 5 февраля 1887 года настоятель Ливадийских церквей архимандрит Епифаний во имя Преображения Господня.
Первым настоятелем церкви и учителем Закона Божьего в училище стал отец Василий Иванов. Директор Сада А. И. Базаров ходатайствовал о введении в штат должности псаломщика, который обучал бы хоровому пению. Надо сказать, что директор предъявлял священникам особые требования: они должны были либо иметь академическое образование, как отец Сергий Лилеев, либо быть хорошими пастырями, верными служителями Церкви, как отец Николай Акулин.
Построенное здание представляло собой просторную однонефную базилику, с северо-западной стороны к ней примыкал вестибюль, внутри которого располагалась лестница, ведущая на второй этаж, в церковь. На первом этаже устроили больницу, а квартиру священника пристроили к алтарной стене в виде одноэтажного выступа с балконом. В целом план здания представлял собой удлиненный четырехконечный крест. Над парадным крыльцом, ведущим в вестибюль, расположили небольшую звонницу с двускатной крышей и крестом, венчающим главку-маковку. Над вестибюлем на барабане, украшенном кокошниками, возвышался небольшой купол с восьмиконечным крестом. Большие арочные окна были оформлены каменными наличниками из широких лучей, заканчивающихся с двух сторон резными по камню равноконечными крестами. Между окнами устроены неглубокие ниши, в которых находились узорные чугунные кресты, один из них обнаружили в 1993 году, когда стены здания освобождали от разросшегося плюща.
В стенах вестибюля на втором этаже прорезали окна меньших размеров, их украсили наличниками-кокошниками, а на первом этаже — прямоугольные окна с наличниками из чередующихся кирпичных и белых лучей. С двух сторон от входа в неглубоких нишах на фресках изобразили узорчатые византийские кресты, а над входом в круге — равноконечный крест.
Летом 1887 года на колокольню подняли два колокола, изготовленные на литейном заводе Н. Д. Финляндского в Москве.
Несмотря на удаленность Никитской церкви от центральных городов Крыма, а тем более от столицы, в ней совершали молебны ко всем знаменательным датам в жизни Императорской семьи и в истории государства. Здесь молились о здравии Государей Императоров, о спасении русских воинов и о помощи им в сражениях во время ведения войн, об укреплении могущества России. Никитской церкви была отведена важная роль в торжественных мероприятиях по случаю празднования столетия Сада в 1912 году. Настоятель церкви отец Роман Крылов освятил это знаменательное событие. 20 сентября 1912 года в храме отслужили Божественную литургию, затем все присутствующие крестным ходом отправились в Нижний парк, где на площадке перед оранжереей совершили молебен, провозгласив многолетие Государю Императору Николаю II и всей его семье, начальствующим и всем служащим в саду и учащимся, а также вечную память Государям Александру I, Николаю I, Александру II и Александру III, всем почившим лицам, служившим и потрудившимся на благо Сада. Отец Роман получил в награду орден Святой Анны III степени.