Miejscowość zwaną Brzozowe nad Stobnicą na prawie niemieckim lokowano 2 października 1359 r. Były to tereny dzisiejszej Starej Wsi. Na skutek zabiegów biskupa przemyskiego Eryka z Winsen, królowa węgierska Maria, w 1384 r. nadała biskupom przemyskim dobra brzozowskie. W 1386 r. wieś przeniesiono na obecne miejsce, położone na wzgórzu, mającym znaczenie obronne. Brzozów stał się miastem biskupim i drugim po Przemyślu miejscem rezydowania przemyskich biskupów. Tu funkcjonowała druga kancelaria biskupia, istniał pałac i dwór biskupi.
Pierwotnie kościół parafialny położony był na obszarze dzisiejszej Starej Wsi. W poł. XV wieku, dzięki staraniom biskupa przemyskiego Piotra Chrząstowskiego (1435-52), który spędzał tutaj większość czasu w drewnianym pałacyku biskupim nad Stobnicą, wystawiono drewnianą świątynię pw. Przemienienia Pańskiego. Bp Rafał Leszczyński wystawił w 1523 r. drewnianą dzwonnicę. Ten drewniany kościół spłonął w 1657 r. podczas najazdu na Brzozów wojsk księcia siedmiogrodzkiego Jerzego Rakoczego. Ocalał tylko, czczony do dzisiaj, wizerunek Matki Bożej „Ognistej”. Scenę tę przedstawia malowidło z początku XX wieku, w kaplicy Matki Bożej Ognistej.
Z fundacji biskupa przemyskiego Stanisława Sarnowskiego (1655-77), w 1676 r. rozpoczęto budowę obecnego kościoła. Przechodząc na biskupstwo włocławskie, bp Sarnowski zostawił odpowiednie fundusze na dokończenie nowego kościoła. Dzieła tego dokonał ks. Bartłomiej Misiałowicz, prepozyt brzozowski i dziekan krośnieński. Był on człowiekiem wielkiej prawości i całym sercem zaangażował się w dokończenie budowy świątyni. Z jego osobą związana jest przedziwna pamiątka zachowana do dzisiaj w kościele - w drewnianej trumience zachowały się w doskonałym stanie przedramiona z dłońmi, chociaż ciało zmarłego w 1693 r. kapłana nie było balsamowane. Konsekracji świątyni pod wezwaniem Przemienienia Pańskiego dokonał bp Stanisław Zbąski w 1688 r.
Kolegiata brzozowska została wybudowana prawdopodobnie według projektu Jakuba Solariego. Kościół był pierwotnie obiektem jednonawowym z parą kaplic transeptowych. W XVIII wieku, w celu wzmocnienia pękającej budowli, dobudowano wąskie nawy boczne i dwie kaplice. Fasada kościoła jest wzorowana na rzymskim kościele S. Atanasio dei Greci. Około roku 1723 zakończono budowę dwóch wież, a w 1745 zakończono budowę dzwonnicy. W 1724 r. przy świątyni zostaje erygowana, przez biskupa przemyskiego Krzysztofa Jana Szembeka, kapituła kolegiacka, a świątynia zostaje podniesiona do rangi kolegiaty. Początkowo kapituła składała się z dwóch prałatów i dwóch kanoników. W 1788 r. władze austriackie zawiesiły jej działalność. Reaktywowano ją ponownie dopiero w 1975 r.
Po wejściu do kościoła skręcamy w lewo do nawy północnej. Naszą uwagę przykuwa umieszczone pod chórem muzycznym niezwykłe epitafium budowniczego kościoła ks. Bartłomieja Misiałowicza, fundacji bp. W. H. Sierakowskiego. U dołu wspomniana niezwykła relikwia: barokowa trumienka z zachowanymi dłońmi i przedramionami kapłana.
Mijamy ołtarz z obrazem św. Józefa z Dzieciątkiem z XVIII wieku, na zasuwie podobizna św. Walentego. Wchodzimy do kaplicy Matki Bożej Ognistej, wzniesionej w 1785 r. Obraz, który pochodzi z I poł. XVII lub nawet z końca XVI, cudownie ocalał ze spalonego w czasie najazdu wojsk Rakoczego kościoła. Na obrazie Matka Boża z Dzieciątkiem i św. Janem Chrzcicielem. Maria adoruje śpiącego Jezusa i wpatruje się w Dziecinę. Jan Chrzciciel, przedstawiony jako chłopiec, trzyma w lewej dłoni gałązkę róży czerwonej - symbol męczeństwa. Palec prawej ręki przykłada lekko do ust, prosząc by nie budzić Dzieciątka. Uroczysta koronacja obrazu odbyła się z woli biskupa przemyskiego w roku 1858. Pod obrazem łaciński opis cudownego znalezienia Wizerunku. Na zasuwie obraz Matki Bożej Niepokalanie Poczętej z XVIII wieku. W kaplicy zasługuje także na uwagę fresk, obrazujący znalezienie obrazu, pochodzący z początku XX wieku.
Dalej wchodzimy do kaplicy św. Anny, z obrazem tejże świętej. Przedstawia on ponadto Marię, św. Jana Chrzciciela z Barankiem, św. Józefa. Anioł porusza kołyską, św. Anna trzyma książkę. Ołtarz wybudowano w 1677 r., z fundacji Anny Pasakowiczowej, najprawdopodobniej dla istniejącego już obrazu, który pochodzi sprzed 1668 r. i którego autorstwo przypisuje się Franciszkowi Lekszyckiemu, malarzowi bernardyńskiemu. W tej kaplicy umieszczono także chrzcielnicę z końca XVII wieku.
W prezbiterium uwagę przykuwa monumentalny ołtarz główny z 1701 r., z obrazem „Ukrzyżowanie” z II poł. XVII wieku, będący kopią dzieła Guido Reniego z Pinakoteki Bolońskiej. Na obrazie dostrzegamy Jezusa Ukrzyżowanego, Jego Matkę, św. Jana i Marię Magdalenę. Po prawej stronie ołtarza bogato zdobiony tron biskupi z XVIII wieku, z herbem „Jastrzębiec”. Na ścianach wiszą obrazy z kręgu Sz. Czechowicza, m.in. św. Katarzyna i Wniebowzięcie Najświętszej Maryi Panny (XVIII wiek). W nawie głównej, po lewej stronie oglądamy przepiękną, bogato zdobioną ambonę z XVII wieku. Rzeźby złocone wyobrażają Chrystusa, czterech Ewangelistów, świętych Piotra i Pawła oraz scenę Niepokalanego Poczęcia Maryi. Powyżej znajdują się rzeźby świętych Joachima i Anny. Ambonę przykrywa baldachim ze św. Michałem Archaniołem i gołębicą Ducha Świętego, z ażurową latarnią i rzeźbą pelikana karmiącego młode.
W transepcie od południa wchodzimy do kaplicy Matki Bożej Różańcowej, w niej ołtarz i obraz z ostatniego ćwierćwiecza XVII wieku. W 1736 r. obraz pokryto srebrnymi sukienkami. Na zasuwie XVIII-wieczny obraz św. Dominika z Matką Bożą i Dzieciątkiem. Kolejna kaplica nawy południowej, to kaplica pw. Najświętszego Serca Jezusowego, wcześniej św. Wincentego a Paulo, w ołtarzu dziewiętnastowieczny obraz Najświętszego Serca Jezusowego. Na zasuwie obraz Wincentego a Paulo, ze szkoły Sz. Czechowicza.
Wychodząc z nawy południowej, oglądamy jeszcze boczny ołtarz z obrazem „Zwiastowanie” z XVII wieku. W świątyni znajdują się także czterdziestogłosowe organy z elementami z siedemnastego stulecia.