Высота главного купола собора — 45 м, колокольни — 53 м, площадь собора — 3170 кв. м. Храм вмещает до 5000 человек. На колокольне находится 12 колоколов общим весом 23 тонны. Идея воздвигнуть храм-памятник в честь освобождения Болгарии и посвятить его русскому святому Александру Невскому была выдвинута 13 апреля 1879 года на заседании Первого Учредительного Народного Собрания в Велико-Тырново Петко Каравеловым. Выполнен патриарший собор в парадном византийском стиле. В очертаниях храма угадываются известные линии великой Софии Константинопольской, а имитация старинной кладки и гранитно-мраморная облицовка довершают впечатление. Внутренний интерьер заслуживает пристального внимания. Над фресками и живописными иконами работали лучшие русские живописцы начала XX века. Здесь можно увидеть работы Васнецова и Мясоедова, Корина и Бруни. Александро-Невский собор в Софии в последние годы был облюбован, в частности, голливудскими кинематографистами для съёмок боевиков, действие которых разворачивается якобы в России. Наиболее масштабно собор был задействован в фильме ʺХитмэнʺ (Hitman, реж. Ксавьер Генс, 2007), изображая главный храм в Москве. Собор также был использован в экшн-сцене фильма ʺНиндзяʺ (Ninja, реж. Айзек Флорентайн, 2009), где действие по сценарию происходит во Владивостоке.
