Идея строительства храма возникла в начале 1990-х годов, когда по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия была образована Домодедовская благочиния. В 1992 году была зарегистрирована православная община, целью которой стало возведение первого православного храма в городе. Выбор места для строительства паломнического центра пал на участок на высоком берегу реки Рожайки, с которого открывался живописный вид на окрестные поля и перелески.
12 сентября 1992 года, в день памяти святого благоверного князя Александра Невского, епископ Можайский Григорий совершил освящение закладного камня на месте будущего храма. Строительство велось с 1995 по 1997 год. Проект был разработан в архитектурной мастерской Троице-Сергиевой Лавры, а декор выполнен из кирпича, пожертвованного директором Огнеупорного завода В.М. Ходенковым. Колокола для звонницы были пожертвованы директором Домодедовского кладбища Н.В. Васильевым.
20 сентября 1997 года храм был освящен митрополитом Ювеналием. В том же году по ходатайству митрополита Ювеналия Святейший Патриарх Алексий II присвоил храму статус собора.
В 2001 году были освящены два боковых придела собора: южный — в честь блаженной Матроны Московской и северный — в честь святых царственных страстотерпцев. По благословению Патриарха Алексия II в собор была передана частица мощей блаженной Матроны. Также в храме хранятся ковчеги с мощами святых, среди которых преподобные Марфа и Александра Дивеевские, святой Феодор Ушаков и другие.
При соборе с 1994 года действует воскресная школа, насчитывающая до 75 учащихся. С 2000 года работает Православная классическая гимназия имени преподобного Серафима Саровского, где обучается 112 человек. Преподавание включает общеобразовательные дисциплины, Закон Божий, церковнославянский, латинский и греческий языки.
Архитектурно собор представляет собой кирпичное здание с характерными элементами, отражающими традиции русской церковной архитектуры. Колокольня с пятью ярусами венчается восьмигранным световым барабаном и куполом. Фасады украшены пилястрами и фронтонами, придающими зданию торжественный и величественный вид.
