Русское присутствие во Франции началось с XVIII века. В XIX веке около тысячи русских постоянно или временно жили в Париже, и у них не было другого места для молитвы, кроме как в русском посольстве.

В 1847 году священник из русского посольства, Иосиф Васильев, приступил к проектированию постоянного храма. Завершение проекта задерживалось из-за инертности русского правительства и медлительности французской администрации, но в итоге Наполеон III дал своё согласие. Строительство финансировалось в основном за счёт пожертвований русских из России и других стран. Лично царь Александр II внёс около 150 000 франков золотом. Проект вызвал большой интерес во Франции, и к пожертвованиям православных присоединились вклады католиков и протестантов.

Новый храм был освящён 11 сентября 1861 года викарием Санкт-Петербургской епархии епископом Ревельским Леонтием (Лебединским) и посвящён святому князю Александру Невскому.

В 1922 году храм получил статус кафедрального собора, когда архиепископ Евлогий (Георгиевский) сделал его административным центром своей епархии для русских эмигрантов.