Инициатива строительства принадлежала Елецкому обществу хоругвеносцев, созданному в сентябре 1907 года с целью поддержания благолепия во время крестных ходов и общественных молений в городе.Общество состояло из представителей различных слоёв населения, стремившихся окружить должным благоговением свои святыни и общими усилиями их оберегать.Первым почётным председателем общества был епископ Елецкий Митрофан (Афонский), а первым старшиной — Глеб Дмитриевич Фёдоров.
В октябре 1909 года Елец посетил великий князь Михаил Александрович, брат императора Николая II. В память об этом событии было принято решение о строительстве храма, посвящённого святым благоверным князьям Александру Невскому и Михаилу Тверскому — небесным покровителям великого князя и строителя храма, купца первой гильдии, потомственного почётного гражданина Александра Николаевича Заусайлова, взявшего на себя все расходы по строительству.
Закладка храма состоялась 15 ноября 1909 года. Проект был разработан орловским епархиальным архитектором Эдуардом Эдуардовичем Вильфартом. Строительство велось быстрыми темпами: к весне 1910 года были завершены стены, начались отделочные работы. 12 марта 1910 года был водружён полый внутри «хрустальный» крест, выполненный на металлическом каркасе, который сверкал на солнце и подсвечивался электричеством в ночное время. В августе того же года на звонницу поднят главный 100-пудовый колокол. К началу февраля 1911 года все работы были завершены.
Освящение храма состоялось 11 февраля 1911 года в присутствии великого князя Михаила Александровича, орловского губернатора и трёх архиереев: епископа Орловского и Севского Григория (Вахнина), епископа Елецкого Митрофана (Землянского) и епископа Екатеринбургского и Ирбитского Митрофана (Афонского).
Архитектурно храм представляет собой кирпичное здание в русском стиле. Он пятиглавый, с большим центральным барабаном и четырьмя меньшими, расположенными по углам. Трёхъярусная колокольня завершена высоким шатром. Фасады украшены сложными карнизами и наличниками. При строительстве использовались технические новшества того времени: бетонные перекрытия, электрическое освещение, автоматически убираемые сидения, водопровод и водяное отопление.
В советский период храм был закрыт и использовался под склад горпромторга. В 1990-е годы здание было отреставрировано, при этом воссоздано его завершение в виде царской короны.
