Собор выстроен на земле подворья Феодоровского Городецкого мужского монастыря. Ему предшествовали деревянная часовня 1894 года, архитектор А. А. Лекшинский каменная часовня, после расширения, освящена как церковь Феодоровской Богоматери и святителя Алексия, 1904-09 годов, близ Николаевского вокзала.

Пятиглавый железобетонный храм заложен 5 августа 1911 года по проекту гражданского инжинера С. С. Кричинского. Нижняя церковь посвящена Александру Невскому и Марии Магдалине. В 1913 году в ней были освящены приделы: правый - Филарета Милостивого, и левый - мц. Марфы, соимённые родителям первого царя из рода Романовых. Центральный престол освящён в 1920 году. Верхняя церковь Феодоровской Богоматери и Михаила Малеина освящена 15 января 1914 году в присутствии Государя с дочерьми, членов Императорской фамилии, представителей разных сословий и потомков подписавших грамоту об избрании Михаила Феодоровича на царство. Планировались приделы: правый - свт. Николая и мц. Александры (удалось освятить в 1920 году) и левый - Михаила Тверского и Алексия митрополита.

В 1932 году храм закрыли. Перестроен под молокозавод.

Возвращён верующим в 2005 году.