В 1879 году жители пристанционного посёлка обратились к игуменье монастыря Палладии с просьбой о сооружении церкви. В январе 1879 года император Александр II утвердил распоряжение министра путей сообщения о выделении в Твери участка под строительство храма на земле, принадлежащей Николаевской железной дороге — на пересечении Станционного шоссе (ныне проспект Чайковского) и Александровской улицы (ныне ул. Коминтерна), на Привокзальной площади. Тогда же император утвердил проект церкви, автором которого стал епархиальный архитектор А. Фёдоров. Однако вопрос замер на уровне согласований, по всей видимости, из-за недостатка средств.
К данной проблеме снова вернулись через десять лет. 18 сентября 1889 года техническо-строительный комитет МВД рассматривал новый проект церкви, составленный архитектором Ф.Н. Малиновским. Решено было построить храм в «память чудеснаго избавления Государя Императора Александра Александровича и его Августейшей семьи от угрожающей опасности при крушении поезда на станции Ворки, Курско-Харьковско-Азовской железной дороги 17 октября 1888 года».
Утверждённый в 1891 году проект был отправлен тверскому губернатору Павлу Дмитриевичу Ахлёстышеву, после чего начался сбор средств. Внешний вид храма был решен в т. н. «русском стиле» — своеобразно понятых традициях русской архитектуры XVII века. Такая архитектура не являлась уникальной, но ее несомненным достоинством являлась объемно-пространственная композиция. Удачно, также, расположение церкви на площади, где он завершал перспективу Станционного шоссе, вливающегося в Трехсвятскую улицу, ведущую в самый центр города.
Церковь закрыли в 1929 году, помещение передали под хлебохранилище. В послевоенные годы здание сильно перестроили: двухсветный четверик храма разделили на два этажа. В нижнем этаже разместили магазин, в верхнем — жильё. В 1983 г. при строительстве нового здания железнодорожного вокзала остатки церкви окончательно разобрали.
20 октября 2010 года в 11.00 в г. Твери на пересечении проспекта Чайковского и улицы Коминтерна (привокзальная площадь) состоялась закладка храма в честь святого благоверного князя Александра Невского.
6 декабря 2017 года, в день престольного праздника собора, митрополит Тверской и Кашинский Виктор совершил освящение престола.
