Родился в семье священника.
Окончил Ташкентскую гимназию (1892), учился на физико-математическом факультете Московского университета. Окончил Петербургский горный институт (1900), получив звание горного инженера. Доктор геолого-минералогических наук (1935).
С 1901 года по приглашению профессора В. А. Обручева работал в группе по исследованию области Ленских золотых приисков. Был заведующим геологической партии на Урале по изысканию трассы железной дороги Уфа — гора Магнитная, преподавал в Горном институте, участвовал в деятельности Русского технического общества. С 1913 года — старший геолог Геологического комитета, с 1916 года заведовал его сибирской секцией. Занимался общественной деятельностью, в 1914—1916 гг возглавлял один из фронтовых врачебно-санитарных отрядов Всероссийского союза городов, представлял Всероссийский союз городов в Особом совещании по обороне. Занимался проблемами технического внешкольного обучения.
В 1917 году был товарищем министра народного просвещения Временного правительства по вопросам профессионального образования. После прихода к власти большевиков вернулся на пост главного геолога Геологического комитета. В 1918 году находился во Владивостоке, затем добрался до Оренбурга, где работал в кооперативных организациях, занимаясь организацией Высшей вольной школы (по типу Университета Шанявского в Москве).
С 19 ноября 1918 года — товарищ министра народного просвещения Российского правительства, действовавшего при Верховном правителе адмирале А. В. Колчаке. Из-за противоречий с другими высшими государственными чиновниками (в частности, Преображенский выступал с критикой деятельности Омского военно-промышленного комитета, который пользовался поддержкой ряда членов правительства), подал в отставку. Однако пока решался вопрос об отставке, свой пост покинул министр В. В. Сапожников, и Преображенский возглавил министерство.
С 6 мая 1919 года — министр народного просвещения. Первоначально рассматривал эту работу как временную, но после военных поражений колчаковской армии не счёл возможным бросить правительство и остался на своём посту. Разработал законопроект о единой школе, выдержанный в демократическом духе и не успевший стать законом из-за развала белого режима в Сибири. Был сторонником развития сети народных университетов, внешкольного образования.
В январе 1920 года был арестован в Иркутске. Затем был освобождён из тюрьмы и переведён под домашний арест, но вскоре вновь заключён в тюрьму. В мае 1920 года приговорён Чрезвычайным революционным трибуналом Сибири к заключению до окончания гражданской войны с применением принудительных работ. О смягчении приговора Преображенскому просили видные учёные, а также А. М. Горький, обратившийся к В. И. Ленину с телеграммой: «Ходатайствую о смягчении участи Преображенского, крупного геолога, нужного стране».
Уже 23 июня 1920 года был назначен заместителем заведующего отделом народного образования Сибревкома и председателем Сибирского комитета профессионально-технического образования. С 1921 года преподавал в Пермском университете, где являлся профессором кафедры геологии, затем одновременно возглавлял кафедры геологии и минералогии. В 1923 также был избран деканом агрономического факультета Пермского университета, руководил организацией учебного процесса в предоставленном факультету здании бывшей гимназии. Наряду с работой в Перми, в 1921—1924 гг преподавал в Горном институте в Екатеринбурге, где основал кафедру геологии полезных ископаемых. Проводил геологические работы по изучению залежей каменного угля в Пашийском районе, обследовал Журавлинское месторождение бокситов и алюминиевых руд на реке Чусовой.
С осени 1924 года работал в Ленинграде, старшим геологом в Главном геологоразведочном управлении (бывшем Геологическом комитете), затем — в Центральном научно-исследовательском геологоразведочном институте. При этом в течение нескольких лет оставался внештатным профессором Пермского университета.
Руководил геологической партией, которая 5 октября 1925 года извлекла керн сильвинита из скважины под Соликамском на глубине около 100 м. Это событие стало открытием крупнейшего в мире Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей. В своём отчёте геолог писал:
6 ноября 1925 года по рекомендации Преображенского была заложена первая шахта. В январе 1934 года завершилось строительство химического комбината в Соликамске. В том же году Преображенский был награждён орденом Трудового Красного Знамени.
После открытия продолжал работу на месторождении, во время оконтуривания которого 16 апреля 1929 года в скважине были обнаружены следы нефти. 15 августа 1929 года нефтяная скважина была сдана в эксплуатацию. Таким образом, Преображенским было открыто Верхнечусовское месторождение нефти, что стало началом работ по поиску и разведки нефти на Западном Урале, приведших к открытию Волго-Уральской нефтегазоносной провинции.
Создатель русской научной школы геологов-солевиков. Кроме деятельности в Пермской области, занимался теоретическими и практическими работами, которые в его биографии характеризуются следующим образом:
Участник XVII сессии Международного геологического конгресса (1937). С 1937 по 1941 гг — главный геолог, в 1941—1943 гг — исполняющий обязанности директора Всесоюзного научно-исследовательского института галургии в Ленинграде. Был одним из организаторов этого института.
По словам академика В. А. Обручева,
С 1943 года — заместитель директора Государственного института горно-химического сырья в Москве. В январе 1944 года был награждён орденом «Знак Почёта». В его честь был назван минерал преображенскит (из группы водных боратов). Также его именем названа улица в городе Березники.