— Место Троицкого собора было определено первоначальным проектом Д. Трезини, к этой точке планировалось прокладывать Невский проспект.

Проект первого храма с двумя высокими колокольнями разработал Т. Швертфегер. Но выстроенный собор разобрали из-за образовавшихся при осадке здания трещин в сводах.

В 1776 г. был утверждён проект И. Е. Старова, которого назначили руководителем строительства.

30 августа (10 сентября) 1790 г., в день святого благоверного князя Александра Невского, в присутствии императрицы митрополит Гавриил (Петров) освятил собор. В тот же день из Благовещенской церкви под пушечные выстрелы была перенесена в собор серебряная рака с мощами благоверного князя.

За всё время существования собор несколько раз расписывался по новым рисункам: 1787−1790 гг. — Ф. Даниловым, 1806 г. — А. Джакомо по рисункам Д. Кваренги и в 1862—1863 гг. — П. С. Титовым под наблюдением Ф. Г. Солнцева.

В 1922 г. в рамках кампании по изъятию церковных ценностей из собора было вынесено большое количество утвари и украшений, а в 1933 г. Леноблисполком принял решение о закрытии собора и передаче его политпросвету под Дом чудес и технических достижений. В 1940-х гг. часть здания занимали 1-е районное жилищное управление Смольнинского района и Музей городской скульптуры, а другую — склад.

Собор был возвращён верующим в 1956 г.

В 1957—1960 гг. проводились ремонтно-восстановительные работы под руководством архитектора К. Д. Халтурина. Ряд небольших ремонтных работ проводились и в последующие годы.