Закладка храма состоялась в 1884 году, а его освящение произошло в 1889 году. Первоначально церковь представляла собой каменное здание с одной колокольней и одним престолом. Позднее к основному объему были пристроены два придела: правый — во имя святых апостолов Петра и Павла, левый — в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость». До 1891 года храм являлся приписным к Свято-Троицкому собору.
В 1893 году при храме была открыта церковно-приходская школа, которая в 1895 году переместилась в здание, специально построенное троицким купцом К. С. Сыромятниковым в память бракосочетания императора Николая II и императрицы Александры Федоровны.
Архитектурно храм выполнен в псевдорусском стиле. Кирпичное здание представляет собой пятиглавый четверик с трапезной и колокольней, увенчанной луковичным куполом. Основной объем храма перекрыт четырехскатной кровлей, над которой возвышается центральный восьмигранный барабан с четырьмя световыми окнами, ориентированными по сторонам света, на барабане покоится большой сферический купол. По углам четверика расположены четыре небольшие главки. Колокольня двухъярусная, восьмигранная, с четырьмя слухами, венчается восьмигранным куполом.
В 1940 году, в период массового закрытия церквей, исполком Троицкого горсовета постановил закрыть Александро-Невскую церковь и передать здание для открытия звукового кинотеатра. В 1941–1943 годах в здании храма находился склад кожсырья. В 1944 году церковь была возвращена общине верующих, позднее были возвращены и колокола.
В ноябре 1961 года, на основании ходатайства горсовета, Челябинский облисполком вновь принял решение о закрытии церкви и переоборудовании ее под кинотеатр. В марте 1963 года помещение храма было передано городскому краеведческому музею.
Осенью 1991 года здание Александро-Невской церкви было возвращено верующим. После освящения первое богослужение состоялось 6 декабря, в день престольного праздника памяти святого благоверного князя Александра Невского.
