В 1810 году в результате крупного пожара значительная часть Ижевского завода была уничтожена, включая главную на тот момент церковь Ильи Пророка. В связи с этим возникла необходимость строительства нового храма. Первоначальный проект, разработанный заводским архитектором Семёном Ефимовичем Дудиным, был отклонён из-за излишней пышности и высокой стоимости. Вместо него было решено использовать в качестве образца проект Андреевского собора в Кронштадте, созданный архитектором Андреяном Дмитриевичем Захаровым. Строительство нового храма началось по храмозданной грамоте от 28 июля 1816 года на средства Артиллерийского департамента. Работы велись под руководством архитектора С.Е. Дудина и были завершены в 1823 году. 15 октября 1823 года протоиерей Захарий Лятушевич освятил храм в честь святого благоверного князя Александра Невского.
Архитектурно собор выполнен в стиле русского классицизма. Здание представляет собой однокупольный храм с двумя двухъярусными башнями-колокольнями, фасады которого обработаны пилястрами и филёнками. Внутреннее пространство крестообразное в плане, разделено на три нефа массивными пилонами, поддерживающими своды. Иконостас выполнен из белого итальянского мрамора, с бронзовыми деталями и образами, написанными известными художниками того времени.
