Нижегородское купечество в 1856 году решило увековечить память о посещении Александром II ярмарки и построить здесь ещё один православный храм. Пожертвования на его возведение собирали в течение десяти лет. К 1866 году были накоплены необходимые 454 тысячи рублей.
Символическая закладка будущего храма прошла в сентябре 1864 года, через год правительство утвердило проект строительства. Его доработал архитектор Л.В. Даль, постоянно проживавший в Нижнем Новгороде, а точное авторство проекта до сих пор не установили. Строительство собора велось с 1686 по 1881 год, он был освящён в присутствии императора Александра III, императрицы Марии Фёдоровны и цесаревича Николая. В декоре были использованы элементы разных архитектурных стилей, интерьер украсили иконы из Макарьевского монастыря, ликвидированного после пожара.
Прихожанами собора были приезжавшие на Нижегородскую ярмарку купцы. В связи с этим он действовал только во время её работы и не отапливался зимой. В 1929 году Александро-Невский собор закрыли, через год иконы и деревянные украшения пустили на дрова для обогрева домов. Планировалось снести здание и построить на его месте маяк с памятником Владимиру Ленину, но этот проект не был реализован. В подвалах церкви устроили склады, к её стенам пристроили конторы и подсобные помещения, изменившие вид сооружения. Во время Великой Отечественной войны на центральном барабане установили зенитную батарею, защищавшую нижегородское небо от фашистских самолётов. Реставрация храма началась в 1983 году, через девять лет его вернули Церкви. Центральный престол был освящён в 1998 году.
Утром служба в Александро-Невском соборе Нижнего Новгорода начинается в 09:00, вечером — в 17:00. При храме работает школа колокольного искусства, набор в неё осуществляется весной и осенью.
