Он является одним из значимых архитектурных и духовных памятников города.
В 1856 году купечество Нижнего Новгорода выразило желание построить второй православный храм на территории ярмарки в память о посещении ярмарки императором Александром II. Для реализации проекта был создан строительный комитет, и начался сбор пожертвований, который продолжался около десяти лет. К 1866 году было собрано 454 667 рублей 28 копеек, что позволило приступить к строительству.
8 сентября 1864 года состоялась символическая закладка камня в основание будущего храма. Первоначальный проект архитектора Роберта Килевейна был отклонен из-за недостаточной прочности конструкции и финансовых ограничений. Новый проект, предложенный Львом Далем, также не был утвержден. 18 ноября 1865 года правительство утвердило проект церкви, авторство которого до сих пор вызывает споры. Лев Даль, вернувшийся в 1866 году в Нижний Новгород, доработал проект собора, основываясь на проекте Благовещенской церкви Конногвардейского полка в Санкт-Петербурге, разработанном архитектором Константином Тоном.
11 августа 1868 года состоялась повторная закладка собора на Стрелке. Строительство продолжалось 13 лет, а внутренние работы — до 1881 года. Высота храма составляла 87 метров, что делало его третьим по высоте собором в России после Храма Христа Спасителя в Москве и колокольни Ивана Великого в Московском Кремле.
20 июля 1881 года главный престол храма, во имя святого благоверного князя Александра Невского, был торжественно освящен в присутствии императора Александра III, его супруги Марии Фёдоровны и цесаревича Николая. В храм были доставлены иконы, написанные московским иконописцем Фёдором Соколовым, а также несколько икон из ликвидированного после пожара Макарьевского монастыря. Храм не имел постоянного прихода; его основными прихожанами были купцы, приезжавшие на ярмарку. Основное помещение было открыто только во время ярмарки и не отапливалось зимой. Постоянно действовала только зимняя церковь Макария Желтоводского и Унженского.
В 1929 году храм был закрыт, ценности изъяты, а зимой 1930 года иконостасы и все деревянные украшения собора были использованы для отопления местных домов. Прихожанам удалось спасти несколько икон, включая икону Божией Матери и Животворящий Крест, которые находились до последнего времени в нижегородской Свято-Троицкой Высоковской церкви. В конце 1920-х годов был разработан проект реконструкции ярмарочной территории, предусматривавший снос собора и возведение на его месте маяка с памятником Владимиру Ленину. Этот проект не был реализован, но в конце 1930-х годов были разобраны шатры храма. Здание использовалось как склад, затем переделано под жилье и конторы. Во время Великой Отечественной войны на центральном барабане крыши была установлена зенитная батарея для защиты города от немецкой авиации.
В 1983 году началась реставрация собора, в которой активно участвовали добровольные реставраторы. В 1989 году восстановили шатры храма. В феврале 1991 года было создано «Братство во имя святого благоверного великого князя Александра Невского», и в июне 1992 года собор был передан под управление Русской Православной Церкви. С 1992 года в зимнем приделе преподобного Макария начались богослужения. 30 декабря 1998 года митрополит Нижегородский и Арзамасский Николай освятил центральный престол храма. 24 апреля 1999 года был освящен Мариинский придел, а 18 мая — Никольский придел. К 2006 году собор был восстановлен в первоначальном виде, началась роспись внутренних сводов.
