Собор Александра Невского начали строить сразу после основания Ново-Николаевска в 1893 году, причем, в отличие от кафедрального Вознесенского собора, его сразу строили в камне, так что сейчас его можно считать одним из самых первых каменных сооружений Новосибирска.
По приказу императора Александра III на всех основных станциях Транссибирской магистрали должны были появиться православные храмы, но именно собору Александра Невского в Новосибирске суждено было стать главным культовым сооружением Транссиба, а также памятником императору Александру III, строителю Трассибирской железной дороги.
Как известно, город Ново-Николаевск был заложен как поселок строителей Транссиба на месте его пересечения с рекой Обь. На правом берегу реки была деревня Краснощеково, а на левом появилась станция «Обь», вокруг которой стал расти и развиваться Ново-Николаевск. Тогда это была главная железнодорожная станция города (вокзал Новосибирск-Главный появился лишь в 1929 году), и именно напротив нее в 1895 году, с благословения томского епископа, начали строить собор. Его сразу начали строить в камне, что для того времени было довольно дорого.
Комитет по строительству собора выбрал место на возвышенности около станции и железнодорожного моста, в самом начале просеки, которая затем стала главной улицей города. Нынешний адрес собора Александра Невского – Красный проспект, 1а.
Храм был заложен 15 мая 1897 года, и спустя всего два года, в 1899 году, состоялось его освящение в честь Святого Александра Невского. Каменный собор в Сибири решили возвести в максимально кратчайшие сроки, поэтому для собора не стали разрабатывать отдельный проект, а взяли уже существующий Церкви Милующей Божьей Матери в Галерной гавани Санкт-Петербурга, которая была построена в 1890 году, всего 5 годами раньше.
В 1937 году собор был закрыт. Его попытались взорвать, но повредили только перегородки. Закладывать больший заряд взрывчатки не решились, так как по соседству располагалось здание Сибревкома (ныне Художественный музей). Отказавшись от разрушения храма, здесь было решено разместить проектный институт, а потом долгие годы здесь располагалась студия кинохроники, выпускавшей киножурнал «Сибирь на экране». Вернули храм церкви только в 1989 году, а вновь освящен после восстановления он был в 1991 году.