Łuków należy do najstarszych miast wschodnich kresów dawnej Polski, a z pewnością jest najstarszym w ich części środkowej. Jego początki giną w pomroce dziejów. Ich burzliwość powodowała kolejne zniszczenia, poza materialną substancją i ludnością, również bezpowrotne przepadki szeregu dokumentów. Niestety, to samo odnosi się również do spraw kościelnych, dziejących się w tych samych czasach.
Pierwotny kościół, do którego zostali sprowadzeni Templariusze pochodzi z 1250 roku. Rycerski zakon do Łukowa sprowadził Bolesław Wstydliwy. Ten sam władca dołożył również wszelkich starań, aby w 1254 roku w Łukowie zostało utworzone biskupstwo. Jednak z braku odpowiednich pomieszczeń postanowiono, że zostanie ono przeniesione do Chełma.
Kościół po raz pierwszy został spalony w 1260 roku i został odbudowany najprawdopodobniej w dość krótkim czasie, gdyż w tym samym wieku Łuków jest jednym z pięciu dekanatów powierzonych przez biskupów krakowskich archidiakonatowi lubelskiemu. Przez jakiś czas brak jest wiadomości o losach kościoła parafialnego. Z historii diecezji krakowskiej dowiedzieć się można, że około roku 1440 był w Łukowie drewniany kościół pod wezwaniem Narodzenia Najświętszej Maryi Panny. Jednak ogromny pożar w 1533 roku zniszczył go całkowicie. Odbudowany został w 1588 roku przez rodzinę Mniszków, spłonął ponownie w 1656 roku. Na miejscu tego kościoła stanęła kaplica pod wezwaniem Najświętszej Maryi Panny a około roku 1700 została wzniesiona drewniana świątynia pw. Niepokalanego Poczęcia Najświętszej Maryi Panny, która spłonęła w 1782 roku. Po kilku latach ksiądz proboszcz Maksymilian Szaniawski wzniósł na pogorzelisku kaplicę, która spłonęła ulegając całkowitej zagładzie w 1803 roku. Pieniądze uciułane na odbudowę kościoła przez proboszcza ks. Jana Szyszkowskiego złupili Austriacy w latach 1800-1812.
Historia obecnej świątyni wiąże się z przybyciem do Łukowa zakonu Kleryków Regularnych Ubogich Matki Bożej Szkół Pobożnych, pospolicie zwanego Zakonem Pijarów. O sprowadzeniu zakonników na ziemię łukowską zadecydowała inicjatywa stanu szlacheckiego. Do łukowskich inicjatorów założenia szkoły i sprowadzenia Pijarów należeli przede wszystkim: Jan Dominik Jezierski – sędzia Ziemi Łukowskiej, jego brat Krzysztof Jezierski, Stanisław Rozwadowski – chorąży Ziemi Łukowskiej oraz Adam Szaniawski – pisarz Ziemi Łukowskiej. Ludzie ci inicjując zbiórkę funduszy na osadzenie Pijarów w Łukowie, sami wnieśli poważne sumy od 1000 do 4000 polskich złotych. Budowę pomieszczeń szkolnych zakończono w 1701 roku, wtedy też Pijarzy rozpoczęli nauczanie. Można dodać, że w krótkim czasie szkoła pijarska w Łukowie stała się jedną z przodujących w Polsce a w roku 1785 pijar ks. Stanisław Konarski, współtwórca Komisji Edukacji Narodowej, poparł przejście tej szkoły pod bezpośredni zarząd KEN. W 1704 roku rozpoczęto budowę kościoła, którą to zakończono w 1712 roku, jednak wskutek pożaru w 1725 roku budynek uległ zagładzie.
W 1733 roku kosztem mieszkańców miasta Łukowa, okolic oraz właścicieli ziemskich rozpoczęto budowę nowej świątyni oraz pomieszczeń zakonnych. Projekt kościoła i budowy wykonał królewski architekt – Antonio Solari (kierownik budowy Zamku Warszawskiego i innych obiektów stolicy), po naradzie z architektem księcia Sanguszki Pawłem Fontaną. Majstrem na budowie w latach 1750-1762 był zubożały szlachcic Jan Krzysztof Kluk, ojciec ucznia szkoły pijarskiej, późniejszego znakomitego przyrodnika Krzysztofa Kluka. Budowę świątyni ukończono w 1762 roku.
Wygląd obecny Kościoła niewiele różni się od dawnego. Stojąc twarzą do budynku widzimy okazałą estetyczną fasadę, ozdobioną dwiema wieżami, zwieńczonymi hełmami krytymi blachą i krzyżami na ich szczytach. Styl budowy określa się na późnobarokowy. Kościół obejmuje trzy nawy: główną – środkową i dwie boczne, a mając grube mury wewnętrznych filarów oddzielających wzajemne nawy, robi wrażenie niedużego wnętrza. W głównym ołtarzu z warsztatu Eliasza Hoffmana dominuje złocona rzeźba Chrystusa Przemienionego, zaś po bokach, oddzielone kolumnami rzymskimi znajdują się białe rzeźby proroków: Mojżesza z tablicami Dekalogu oraz Eliasza z księgą. Nad tabernakulum jest wyobrażenie Baranka z siedmioma pieczęciami Tajemnic Bożych. Całość głównego ołtarza zwieńcza wysoko złociste wyobrażenie Oka Bożej Opatrzności otoczone promieniami, zaś nieco niżej po bokach dwie postacie aniołów. W ołtarzu dominuje kolor biały i obfite złocenia.
15 czerwca 1997 roku śp. Ksiądz bp Jan Wiktor Nowak przy kościele Przemienienia Pańskiego erygował Kolegiatę Kapituły Kolegiaty Łukowskiej, a samą świątynię podniósł do godności Kościoła Kolegiackiego.
