Дата постройки последнего здания: 1778-1790   см. фотографии объектов той же эпохи

Автором первого здания, задуманного Д. Трезини, был арх. Т. Швертфегер. Строительство началось в 1719, а 17 июня 1722 состоялась закладка однокупольного храма, вчерне готового к 1731. Затем работы из-за трещин в сводах при осадке были остановлены, а в 1744 почти законченную постройку велено разобрать до "подошвы", что и было исполнено в 1753-1755 под смотрением И. Росси. Только в 1774 был одобрен выдержанный в классицистическом стиле проект И. Е. Старова. Закладка храма произведена 30 авг. 1778. В 1782 была готова первая двухъярусная башня-колокольня; вскоре на ней появились куранты. На другой башне был повешен старейший в столице 800-пудовый колокол (1658), привезённый из Иверского монастыря на Валдае. В 1786 однопрестольный увенчанный большим куполом собор был вчерне завёршен. Его освящение состоялось 30 авг. 1790. 9 окт. 1790 под южной башней был освящён придел Александра Невского (упразднён в 1838). После революции в 1923-1926 собор принадлежал обновленцам. Закрыт в 1933, но в 1955 возвращён верующим и после ремонта вновь освящён 12 сент. 1957. Крупные реставрационные работы проводились в 1957-1960 и 1986-1988.

В соборе со времени его освящения почивают мощи св. Александра Невского (в период 1922-1989 находились в фондах Музея истории религии и атеизма). Уникальная серебряная рака, изготовленная для мощей в 1750-1753 по эскизу Г. X. Грота, хранится в Эрмитаже. С нач. XX в. в соборе установился поныне соблюдаемый обычай ежегодно 25 окт., в день кончины П. И. Чайковского, исполнять его литургию.