Построен в 1818 - 1823 годах в г. Ижевске по проекту Андреевского Собора в Кронштадте архитектора А. Д. Захарова при участии местного архитектора С. Е. Дудина.
Центральный придел был освящен в честь святого благоверного князя Александра Невского, южный предел - в честь святой великомученицы Екатерины (ее день долго отмечался потом как обще ижевский праздник), северный - в честь Казанской иконы Божией Матери, нижний, "пещерный" храм - в честь святых мучеников Власия и Модеста.
В 1871 году при Соборе открылось попечительство, которое занималось просветительской благотворительной работой. С 1875 года при храме действовала Воскресная школа на 135 учащихся, среди которых преобладали мальчики из ложевой мастерской оружейного завода.
В марте 1922 года комиссия под председательством члена ВЦИК И. А. Наговицына изъяла из Собора более пяти пудов серебра, золота, драгоценных камней. В марте 1929 года Собор был закрыт по требованию юношеской секции Союза воинствующих безбожников. Летом из него были изъяты все 24 колокола общим весом 650 пудов.
Тогда же разрушили колокольню и переоборудовали собор под клуб. С 1930 года здание собора служило как детский клуб и кинотеатр, затем как музей с атеистическими экспонатами. В 1932 году, после новой реконструкции, здесь снова открылся кинотеатр.
В 1937 году был снесен купол Собора. Собор был возвращен верующим в 1990 году. После подготовки проекта реставрации (руководитель творческого коллектива С. А. Макаров) в 1992 году начались работы по возрождению этого Собора.
Настоятелем Собора в 1990-1992 годах был Епископ Ижевский и Удмуртский ПАЛЛАДИЙ (Шиман).
С 1993 года Настоятелем Собора является рхиепископ Ижевский и Удмуртский НИКОЛАЙ (Шкрумко).
При нем начались регулярные богослужения в южном приделе Собора, для которого был изготовлен небольшой резной иконостас из дерева, а сам придел был освящен в честь Святителя и Чудотворца Николая.
Активизировались реставрационные работы в Соборе, в результате чего к концу 1993 года в основном был завершен комплекс внутренних ремонтно-восстановительных работ.
Освящение Собора состоялось 2 января 1994 года. Статус Кафедрального Собору придан Постановлением Святейшего Патриарха и Священного Синода Русской Православной Церкви от 5 октября 1994 года.
На территории Собора построены новый кирпичный крестильный храм. Иордань для освящения воды и звонница. Произведена реконструкция подвального помещения, где в настоящее время размещается малый крестильный храм в честь Всех святых, в земле Российской просиявших.
Максимальная высота колокольни на соборе 70 метров.