Pierwszy ośrodek kultowy na Grabarce powstał na początku XVIII wieku jako sanktuarium greckokatolickie (unickie). Według zachowanych relacji w lipcu 1710 w pobliskich Siemiatyczach wybuchła epidemia cholery. Spowodowała panikę wśród mieszkańców miasta, którzy zaczęli masowo je opuszczać, kryjąc się w okolicznych lasach, do czasu ustania epidemii w zimie. Z tym wydarzeniem należy wiązać fakt powstania w Grabarce kaplicy i ośrodka kultowego, którego inicjatorem był unicki metropolita kijowski i opat supraski Leon Kiszka. Poświadcza to dokument z 1 lipca 1717, w którym biskup zgodził się na odprawianie nabożeństw w kaplicy na Świętej Górze. Dokumenty wizytacji duszpasterskiej z 1726 wspominają o istnieniu na Grabarce „nowej kaplicy” pw. Przemienienia Pańskiego. Kaplica została opisana jako obiekt kryty dachem tarcicowym, z dwoma oknami. Kult Przemienienia Pańskiego rozwinął znacznie. 26 czerwca 1763 biskup Felicjan Filip Wołodkowicz, a 20 maja 1789, w związku ze staraniami biskupa włodzimierskiego i brzeskiego Symeona Młockiego, papież Pius VI nadał 15-letni odpust dla pielgrzymów odwiedzających Grabarkę. Przed 1798 rokiem na miejscu dotychczasowej kaplicy powstała nowa. Według opisu unickiego ks. Antoniego Duchnowskiego była większa od poprzedniej, posiadała ołtarz główny z obrazem Trójcy Świętej i Przemienienia Pańskiego, cyborium na komunikanty i hostię, dwa boczne ołtarze, 7 okien, wyodrębniony chór, prezbiterium i kruchtę. Wzmiankowano też, że kaplica posiadała przywileje odpustów ze Stolicy Apostolskiej, co oznacza, że już wtedy Grabarka była ważnym ośrodkiem pielgrzymkowym, zaś wodę z przepływającego przez nią strumienia uważano za cudowną.

Rozbiory Rzeczypospolitej umiejscowiły region Siemiatycz początkowo w zaborze pruskim, a następnie na mocy pokoju w Tylży tereny te zostały przyłączone w 1807 do Rosji. W 1839 został wydany dekret cara Mikołaja I likwidujący Kościół unicki w Cesarstwie Rosyjskim. Jeszcze przez pierwszych kilka lat po tym wydarzeniu cerkiew służyła do odprawiania nabożeństw dla ludności unickiej, mimo że była ona już obsługiwana przez duchownych prawosławnych. Mogło to być powodem sporów pomiędzy wyznaniami i wpłynąć negatywnie na stan świątyni. W 1866 Kwiercetus opisał fatalny stan leśnej kaplicy, w której nie było wtedy dachu i podłogi. Pomimo tego nadal 6 sierpnia przybywali licznie pątnicy. W 1884 ksiądz Józef Gereminowicz rozpoczął, trwający 11 lat, remont kaplicy na Grabarce. W cerkwi wzniesiono nowe ściany, sufit, podłogę, fundamenty, dach oraz ikonostas, przy jednoczesnym poszerzeniu wnętrza świątyni.

Po I wojnie światowej cerkiew na Grabarce utrzymywana była w dobrym stanie, a ponieważ obok niej znajdował się cmentarz i odprawiano w niej nabożeństwa pogrzebowe, nie została zamknięta w czasie akcji rewindykacji dawnych świątyń katolickich. Przez cały okres międzywojenny w cerkwi odprawiano także, kilka razy w roku, nabożeństwa dla licznie przybywających wiernych. Cerkiew na Grabarce nie ucierpiała również w czasie II wojny światowej.

Ważnym momentem w dziejach cerkwi Przemienienia były prace ikonograficzne w latach sześćdziesiątych XX w. Nad polichromią pod kierunkiem prof. Adama Stalony- Dobrzańskiego pracowali wówczas Jerzy Nowosielski i Bolesław Oleszko. Niestety oczy odwiedzających nie cieszyły się długo widokiem upiększonej cerkwi. W nocy z 12 na 13 lipca 1990 r. cerkiew została podpalona i spłonęła doszczętnie.

Obecna, nowa cerkiew Przemienienia Pańskiego została wyświęcona w 1998 r. Swoim wyglądem nawiązuje do świątyni sprzed pożaru. Jest już jednak murowana i przestronniejsza, polichromia została wykonana przez Jarosława Wiszenko z Mielnika, a ikony w ikonostasie napisane przez państwa Barbarę i Michała Pieczonko z Warszawy. Rzeźbą w drewnie i miedzi upiększył świątynię Wiaczesław Szum.