Храм построен на пожертвования мастеровых Александровского завода по проекту архитектора Александра Ивановича Постникова. Строительство собора велось под руководством инженера Пьетро Карло Мадерни в 1826—1832 годах.
Работы по устройству иконостаса были выполнены под руководством мастера А. Боброва из Кексгольма.
Иконы написал художник А. С. Чижов. 

Закрыт и передан краеведческому музею в 1929 году. Возвращен Петрозаводской епархии в декабре 1991 года.
Долго длившаяся реконструкция собора успешно завершилась в 1999 году.
В этом же году 29 июня были освящены и установлены на звонницу храма восемь колоколов, изготовленные в Воронеже по старинной технологии, весом от 7 кг до 1,5 тонны.
Реконструированный собор украсил позолоченный иконостас, изготовленный на художественно-производственном предприятии Русской Православной Церкви «Софрино».

Освящён первым епископом Олонецким и Петрозаводским Игнатием 27 января 1832 года.

Главные святыни храма: Владимирская икона Божией Матери, подаренная собору Патриархом Алексием II, икона св. блг. кн. Александра Невского,
преподнесенная в дар собору вместе с богато украшенным киотом работниками Онежского тракторного
завода, бывшего Александровского, икона Карельских святых, мощевик с частицами мощей Киевских и других чудотворцев

vk.com/club4090821