Алапаевск начал свое существование в 1639 году как небольшой поселок, населенный государственными крестьянами и входивший в состав Мурзинской слободы. В том же году князь П. И. Пронский основал Мурзинскую слободу и деревню Алапаиху, заселив их частью свободными людьми без земли, а частью переведя крестьян из других поселков на речке Нейве.

В 1682 году мурзинский приказчик сообщил, что «Мурзинскую слободу воровские татары полностью разорили, храм и государственные житницы сожгли, крестьян на полях убили, деревни выжгли, а скот угнали». Поэтому в 1685 году крестьяне деревни Алапаихи попросили мурзинского приказчика Кондратия Хворова выделить им пустующую землю для пашни и сенокосов после башкирского погрома. Просьба была удовлетворена, и им выделили землю от устья речки Алапаихи за реку Нейву на Каменку.

В 1703 году, после обнаружения качественной железной руды в окрестностях Алапаихи, был построен казенный чугунно-плавильный завод на речке Алапаихе. В 1704 году завод передали Никите Демидову и его сыну Акинфию, который организовал судоходный путь по реке Чусовой и способствовал созданию сухопутного сообщения между Алапаевским и Екатеринбургским заводами. В 1781 году Алапаевский завод стал уездным городом, но в 1797 году его упразднили и присоединили к Верхотурскому уезду как заштатный город.

Из-за маловодности пруда Алапаевского завода заводские плотины и фабрики позже перенесли с речки Алапаихи на более полноводную реку Нейву. В конце XVII века жители деревни Алапаихи и соседних деревень, из-за удаленности от приходского Мурзинского храма, обратились к тобольскому епархиальному начальству с просьбой о строительстве храма и создании самостоятельного прихода. Их просьба была удовлетворена, и в 1702 году они построили небольшой каменный храм во имя праведного Алексия, человека Божия.

В 1771 году было разрешено заменить деревянные потолки храма и колокольню каменными и пристроить к Алексеевскому храму каменный придел во имя Архистратига Божия Михаила. Новый придел освятил в 1776 году архимандрит Невьянского Богоявленского монастыря Исаия. В 1793 году Алапаевскому причту и старосте разрешили пристроить на средства прихожан к существующим Алексеевскому и Михайловскому храмам новый холодный каменный храм во имя Святой Живоначальной Троицы и перестроить храм Алексеевский.

8 декабря 1798 года в Алексеевском храме произошел пожар, уничтоживший деревянную крышу с главами на обоих приделах и перилами на колокольне. Из-за этого строительство Троицкого придела затянулось, и он был освящен только в 1816 году. В то же время каменная колокольня храма, из-за слабого грунта, начала отходить от стен и угрожала падением. Поэтому в 1831 году колокольню разобрали и в 1832-1833 годах построили новую, которая существует до сих пор.

Алексеевской церкви принадлежат 12 каменных корпусов и один деревянный с лавками, переданными в ведение церкви заводовладельцами в 1856 году; деревянный одноэтажный дом, построенный в 1891 году для Алексеевской церковно-приходской школы; деревянный одноэтажный дом с двумя деревянными флигелями и усадьбой, купленный в 1900 году для квартир младшему причту церкви.

11 мая 1912 года указом Синода храму присвоили соборный статус. С 1923 года он функционировал в обновленческой ориентации до закрытия в 1932 году. Храм вернули в 1992 году и освятили 8 августа 1999 года. Сейчас он действует.