Строительство собора связано непосредственно с российским императорским домом, покровителем которого считался святой Александр Невский. Строительный комитет, образованный 1 марта 1890 года, было доверено возглавить проживающему в Ялте выдающемуся исследователю Крыма, военному инженеру и краеведу Александру Львовичу Бертье-Делагарду. Значительные суммы на строительство храма пожертвовали ялтинцы Б.В. Хвощинский и И.Ф. Токмаков. Участок земли подарил барон А.Л. Врангель. Проект храма утверждал лично Александр III. Первый проект архитектора К.И. Эшлимона император отклонил, так как в нем «было мало русского элемента». В итоге император утвердил проект архитекторов Николая Петровича Краснова и Платона Константиновича Теребенева. Самое знаменитое творение Н.П. Краснова — Ливадийский дворец, с 1887 по 1899 год он был главным архитектором Ялты. П.К. Теребенев также прославил свое имя многими замечательными зданиями в Крыму. В 1881-1886 гг. он был главным архитектором Ялты.

В закладке первого камня собора 1 марта 1891 года, в день десятой годовщины гибели императора-освободителя, участвовала императрица Мария Федоровна. Освящение собора состоялось 4 декабря 1904 года, в присутствии императора Николая II с семьей и свиты. Верхний престол назван в честь святого Александра Невского, нижний — в честь святого великомученика Артемия, в день памяти которого 20 октября 1894 года умер Александр III.

Пятиглавый храм устремлен ввысь, праздничный вид сказочного терема ему придают многочисленные детали украшения фасада — характерное русское узорочье из малых архитектурных форм (порталов, пилястров, декоративно оформленных крылец, сердечек, киотцев). Внешне собор напоминает лучшие храмы Москвы XVII столетия. К выполнению на юго-восточной стороне храма в гранитном киоте мозаичного образа святого Александра Невского были привлечены ученики венецианского художника Антонио Сальвиати, своими работами украсившего собор Святого Павла в Лондоне и английский парламент. Рядом с собором была сооружена трехъярусная колокольня, 11 колоколов для которой были отлиты в Москве. Иконы для собора были написаны мастерами из Мстеры Владимирской губернии. В 1908 году рядом с храмом было завершено строительство трехэтажного дома, где разместились церковно-приходская школа в честь цесаревича Алексея, приют для больных туберкулезом, зал для собраний Александро-Невского братства.

В одном из писем А.П. Чехов писал: «Здесь, в Ялте, новая церковь, звонят в большие колокола, приятно слушать, ибо похоже на Россию».

В июне 1918 года в нижнем храме собора отпевали вдову Ф.М. Достоевского Анну Григорьевну. В 1921-1922 годах священником в соборе служил известный богослов, ученый Сергий Булгаков.

В 1938 году храм закрыли, колокола отправили на переплавку, в помещении устроили спортивный клуб. Богослужения возобновились в 1942 году и больше не прерывались.

После назначения в Крым в этом храме Божественные литургии неоднократно совершал святитель Лука (Войно-Ясенецкий).

Интересно в настоящее время полюбоваться на храм с канатной дороги Ялта — Горка, посадка осуществляется прямо с центральной набережной Ялты.

Многое повидали стены главного собора Ялты, и многое могли бы поведать. Так что его история ещё ждет своего автора.