Строительство собора было неразрывно связано с российским императорским домом, покровителем которого считался святой Александр Невский.  Собор был построен в честь погибшего российского императора Александра II.

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 украшен многочисленными декоративными элементами: пилястрами, киотцами, порталами, шатровым крыльцом.  Нарядный вид ему придали бело-розовые тона. . Купола храма были покрыты золотом.

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.

Мозаика с образом святого князя на наружной стороне храма была выполнена учениками венецианца А.Сальвиати.