Архитекторами были Н. П. Краснов и П. К. Теребенев, проект которых лично утвердил император Александр III. В закладке первого камня 1 марта 1891, в день десятой годовщины гибели императора, участвовала императрица Мария Фёдоровна. Освящение собора происходило 4 декабря 1902 года в присутствии императора Николая II, его семьи и свиты. Двухъярусный, с открытыми галереями, ялтинский собор выстроен в неорусском стиле и украшен многочисленными декоративными элементами: пилястрами, киотцами, порталами, сердечками, шатровым крыльцом. Нарядный вид ему придали бело-розовые тона. Рядом с собором была сооружена трёхъярусная колокольня, 11 колоколов для которой были отлиты в Москве. Иконы для собора были написаны мастерами из Мстеры во Владимирской губернии. Интерьер был оформлен архитектором С. П. Крошечкиным, иконостас, купол и стены расписал киевский художник И.Мурашко. Мозаика с образом святого князя на наружной стороне храма была выполнена учениками венецианца А.Сальвиати. Купола храма были покрыты золотом. Рядом с собором в стиле древнерусского терема по проекту архитектора М. И. Котенкова был выстроен церковный дом. В 1908 году было завершено строительство трёхэтажного дома, в котором разместилась церковноприходская школа в честь цесаревича Алексея, приют для больных туберкулёзом, зал для собраний Александро-Невского братства. Православное Александро-Невское братство занималось благотворительной деятельностью, организацией церковноприходских школ и миссионерской деятельностью, а во время Первой мировой войны также и помощью раненым и устройством лазаретов и санаториев. Первым настоятелем собора, ставшего любимым храмом ялтинцев, был А. Я. Терновский, до этого служивший при ялтинской церкви Иоанна Златоуста. В 1938 храм был закрыт, колокола отправлены на переплавку. В соборе устроили спортивный клуб, а в школьном здании — Дом учителя. Богослужение в соборе было возобновлено в 1942 году, после установления немецкой администрации в Крыму. После освобождения Крыма храм был зарегистрирован как фактически действующий. Помещение церковно-приходской школы возвращено лишь почти полвека спустя; в нем с 1995 года действует общеобразовательная школа и обучаются около 100 детей.
Использованы фотоматериалы с сайтов: www.temples.ru; ikrym.com; tavrikacrimea.ru