В 1774 році, коли вся Росія відзначала 50-ліття перенесення мощей святого Олександра Невського в Олександро-Невський монастир, зведений на берегах Неви на місці першої перемоги князя над шведами, в слободі Петровських заводів був побудований новий завод, що знаходиться вище за течією річки Лососинки. За указом імператриці Катерини II від 14 червня 1774 року він отримав назву Олександрівський, в честь князя Олександра Невського.

Олександрівський завод лив гармати для захисту вітчизни, а по неділях і святкових днях служителі та майстри ходили в Троїцьку церкву, яка знаходилася близько Зарецького кладовища поряд зі старою Хрестовоздвиженської. Церква була старою і маленькою, тому виникла ідея побудувати нову - кам'яну заводську церква. Преосвященний Серафим митрополит Новгородський благословив побудову нового храму, а 25 квітня 1825 р. було отримано дозвіл на будівництво церкви.

Був оголошений конкурс проектів майбутньої церкви, на який представили свої роботи три архітектора: Джакомо Кваренгі, Гесте і А. В. Посників. Переміг проект Олександра Івановича Посникова, який служив архітектором в Департаменті гірських і соляних справ, так як його проект більше інших відповідала фінансовим можливостям заводського суспільства.

Зводили церкву всім світом і до початку 1832 р. будівництво було закінчено. 27 січня, в день святого Іоанна Златоуста, Преосвященний Ігнатій перший єпископ Олонецкий, освятив головний престол храму в ім'я святого благовірного великого князя Олександра Невського. Бічні приділи були освячені в ім'я Пресвятої і Живоначальної Трійці та святителя Миколая Чудотворця.

В радянський час храм був закритий. У 1929 р. його передали краєзнавчому музею, у віданні якого він перебував до 15 червня 1990 року. Музей зміг звільнити будівлю церкви тільки в 1993 році, після цього почалися відновлювальні роботи. Реставрація тривала майже 10 років, і у 2002 році храм заново освятили. На дзвіниці встановили вісім дзвонів, виготовлених в Воронежі за старовинною технологією.