Храм этот начали строить еще в конце XIX века. Место было выбрано на Александровской площади, на окраине небольшого тогда по площади города. Здесь на собранные челябинцами и свои личные средства купец Кутырев и заложил здесь часовню, названную по имени выдающегося русского полководца князя Александра Невского. Но строительство велось без участия архитектора и вскоре остановилось. Все постройки были сломаны; в таком виде площадь просуществовала около 10 лет. Только 3 октября 1894 года Оренбургская консистория предложила Кутыреву «начатую им часовню обратить в церковь».
В 1907 году по требованию местных купцов и мещан строительство церкви возобновилось по новому проекту, автором которого стал зодчий с мировым именем Александр Померанцев, в то время руководитель мастерских высшего училища при Академии художеств. По его проектам были построены знаменитые Московские торговые ряды, соборы Александра Невского в Москве, Софии и других городах.
В Челябинске храм построили в так называемом русском стиле. Четыре года ушло на наружные работы. Строительство обошлось в 60 тысяч рублей, пожертвованных челябинцами, городской думой и даже императором Николаем Вторым.
К работе привлекли и местных мастеров. Иконостас делал мастер-деревщик из Верхнеуральска. Иконы для иконостаса и росписи купольной части создавались в мастерской художника Ощепкова в стиле Васнецова.
Художественные работы проводились с конца 1914 года до 1916 года. Богослужения в церкви Александра Невского проводились более 10 лет, начиная с 1916 года. То есть большей частью уже при Советской власти, которая вскоре начала борьбу с религией.
13 апреля 1922 г. здание храма по новому законодательству передали в «бесплатное, бессрочное пользование» группе верующих. Из храма изъяли все ценности, на средства от продажи которых большевики планировали вести борьбу с голодом. Но как мы знаем, голод все равно случился. И это тема для отдельного рассказа.
4 марта 1930 г. храм закрыли. Местные власти решили использовать помещение «для государственных служебных надобностей». А надобностей у советского государства было много.
Само собой, с храма прежде сняли главы с крестами и шатер колокольни, росписи на стенах замазали краской. В средней части храма соорудили перекрытия и перегородки.
Здание храма отдали под газетный цех типографии «Челябинский рабочий», затем здесь разместился склад военного имущества, а также планетарий. С 1940 года и далее в годы Великой Отечественной войны в здании храма хранились коллекции Челябинской областной картинной галереи, с 1944 года — хранилища Государственного архива Челябинской области. С 1956 по 1981 год здесь работал планетарий, затем — шахматная школа и кружки Дворца пионеров имени Крупской, находящегося неподалеку.
В книге Ю.Рязанова «Родник возле дома» (детство автора прошло в Челябинске) рассказывается, что вблизи храма на Алом поле были в военное время десятки мраморных могильных плит и памятников. Детей это место притягивало своей зловещей таинственностью. Привлекал и сам храм.
»…притягивала громадностью и недоступностью многокупольная церковь из тёмно-красного плотного кирпича. Купола на храме не сохранились, а на столпных площадках рос жухлый бурьян и низенькие деревца, которые придавали его виду сугубую древность», — вспоминает автор.
Неожиданный поворот в судьбе храма случился в 1980-х годах. Было решено передать здание Челябинской филармонии. здание утвердили как зал камерной и органной музыки. Подготовка к реставрации началась в 1983 году. В Центральном госархиве древних актов в Ленинграде нашли 30 листов переписки с изложением строительства и выполненные архитектором Померанцевым чертежи: два фасада здания, план и разрез без указания размеров. Архитекторы имели на руках чертежи без размеров и две фотографии 1916 и 1956 годов. Полностью обновили фасад. Стены здания с кладкой кирпича разного цвета покрыли материалом, придавшем зданию однородный красный цвет.
Заново установили 13 куполов. В 1990-х годах шпили на луковицах заменили на позолоченные православные кресты.
Преобразился интерьер здания. Внутреннюю отделку сделали из материалов лучшего качества. На двери и окна использовали башкирский дуб, полы в зале сделали паркетные, из дуба и красного дерева. В других местах полы выполнили из гранита и мрамора. А вот кресла в зал поставили списанные из оперного театра.
На люстру в зале использовали 650 кг специального хрусталя австрийского производства (по акустическим свойствам он был лучше отечественного).
Установили в храме и систему кондиционирования воздуха для органа. Всего было три кондиционера, работающих понедельно.
С момента установки органа верующие челябинцы призывали вернуть храм православной церкви. Эти требования постепенно нарастали.
Однако создатели челябинского органа говорили, что перенос органа — риск потери звучания органа. Так как инструмент создан с учётом акустики именно этого помещения.
Однако в 2010 году власти нашли все же решение. Решили переместить орган в бывший кинотеатр «Родина», где провели полномасштабную реконструкцию. А храм все же вернули Русской православной церкви. Решение озвучил мэр Михаил Юревич, который в 2010 году пересел в губернаторское кресло.
8 июля 2010 года в здании церкви прошло первое за 80 лет богослужение. 3 декабря 2010 года была установлена звонница из девяти колоколов общим весом 2,5 тонны.