В память об императорском посещении ярмарки (на тот момент императором являлся Александр II) ярмарочное купечество в 1856 году выказало желание воздвигнуть второй ярмарочный православный храм на земле Нижегородской. Купечество с ходатайством обратилось к епископу Антонию, а он — к губернатору А. Н. Муравьёву.
В течение десяти лет собирались пожертвования на строительство собора. Символическая закладка камня в фундамент будущего собора состоялась 8 сентября 1864 года.
Александро-Невский собор был построен в 1868-1881 годах. Архитектор Л. В. Даль является доработчиком проекта новоярмарочного храма. Восемьдесят семь метров составляет высота храма. В основании храма нет традиционных свай. Собор являет собой монументальное центрическое сооружение с пятью шатрами, каждый из которых имеет восемь граней. Декор фасада представлен эклектикой архитектурных стилей.
В соборе находятся иконы, написанные московским иконописцем Ф. А. Соколовым, а также иконы, привезённые из Макрьевского монастыря, закрытого после пожара. С 2009 года собору присвоен статус кафедральный.