Будущий собор был заложен 26 июня 1838 года как каменный трёхпрестольный. С момента закладки указом Синода ему был присвоен соборный статус. Построен в стиле классицизма архитектором М. П. Малаховым в 1848 году. Главный храм, освящённый 21 сентября 1852 года, возводился во имя благоверного великого князя Александра Невского. Левый придел, во имя Николая Чудотворца, был освящён 8 июня 1853 года. Менее чем через год, 23 мая 1854 года был освящён правый придел в честь Воскресения Христова. На колокольне был установлен лишь один малый колокол для повестки.
В 1921 году, после закрытия Ново-Тихвинского монастыря, собор стал приходским. В 1930 году собор был окончательно закрыт. В том же году расположенное вокруг собора кладбище, действовавшее ещё с XVIII века, было снесено. В 1942 году собор был капитально перестроен для дальнейшего использования в качестве военного склада. Начиная с 1961 года, помещение собора использовалось как хранилище фондов краеведческого музея.