В 1850 году на улице Александровской (ныне улица Герцена) было построено исправительное арестантское отделение № 2. В одном из помещений этого учреждения была устроена домовая церковь во имя святого благоверного князя Александра Невского, предназначенная для духовных нужд заключённых. Однако необходимость в отдельном храме стала очевидной, и в 1856 году рядом со зданием тюрьмы был заложен фундамент будущей церкви. Строительство велось по проекту архитектора А. П. Бехтера на средства томского золотопромышленника З. М. Цыбульского. В 1877 году храм был освящён во имя святого Александра Невского, небесного покровителя императора Александра II.
Первоначально здание храма было выполнено в неоготическом стиле, что вызвало неоднозначную реакцию в обществе. Томский городской голова З. М. Цыбульский выразил недовольство тем, что сооружение больше напоминало немецкую кирху, нежели православный храм. В связи с этим было принято решение о перестройке церкви. Архитектором В. В. Хабаровым был разработан новый проект в русско-византийском стиле с двойным пятиглавием и богатым наружным декором. К 1880 году здание было перестроено согласно этому проекту и приобрело черты, соответствующие традиционному православному зодчеству.
Храм выполнял двойную функцию, являясь одновременно приходским и тюремным. Он был связан каменным переходом на уровне второго этажа с томским следственным замком, что позволяло заключённым участвовать в богослужениях.
В советский период храм, как и многие религиозные учреждения, подвергся закрытию. Здание использовалось для различных светских нужд, что привело к утрате его первоначального облика и внутреннего убранства. Однако в 1993 году начался процесс возвращения храма Русской Православной Церкви. После длительных переговоров и общественных обсуждений здание было передано Томской духовной семинарии, что положило начало его восстановлению и возобновлению богослужений.
