Возведение собора связано с трагической гибелью императора Александра II-Освободителя. При императоре Александре III-Миротворце по всей России строились соборы в честь Св. князя Александра Невского, который являлся небесным покровителем погибшего императора.
Проект храма выбирал лично Александр III. Ему понравился проект известного в Крыму архитектора П.К. Теребенева. Квадратный в плане, в два яруса, с пятью куполами разной величины, с трехъярусной колокольней в одном объеме с храмом, с открытыми наружными галереями, с обилием характерного русского узорочья из малых архитектурных форм – порталов, пилястров, декоративно оформленных крылец, сердечек, киотцев – таким предстал в этом проекте будущий храм, удивительно напоминавший лучшие московские храмы XVII века.
(Под термином «узорочье» понимается богатое, разнообразное убранство фасадов архитектурных сооружений (в первую очередь – храмов) на Руси в XVII веке. Для этого стиля характерны яркие краски, использование цветных изразцов, фигурной кладки кирпича, сочетание различных цветов кирпича и камня, резные наличники окон, колонки, карнизы, ниши и т.д.)
Планировку строительной площадки под храм и общее руководство строительством безвозмездно принял на себя известный военный инженер, строитель ялтинского мола, ученый А.Л.Бертье-Делагард. Надзор за возведением собора был поручен Н.П.Краснову.
Торжественное освящение храма, на котором присутствовал император Николай II со своей свитой, состоялось в декабре 1902 года.
Собор имеет в своем составе две церкви: нижнюю, во имя Св. Великомученика Артемия вместимостью 600-700 человек, и верхнюю, главную, во имя Великого князя Александра Невского вместимостью 1000-1200 человек.
На юго-восточной стороне храма в гранитном киоте с луковицей помещен мозаичный образ Св. Александра Невского работы венецианского художника Антонио Сальвиати.
Во втором ярусе по бокам центральной колокольни размещены образа Святых Антония и Феодосия. Над главным входом находится треугольный фронтон, в плоскости которого изображен Иисус Христос. В храме в двух киотах установлены образы Благоверного князя Александра Невского и святителя Николая.