Проект церкви был разработан петербургским архитектором Ф. Смирновым. Осенью 1909 года была совершена её закладка, а уже к осени 1911 года храм был построен. В 1912 году церковь была освящена во имя святителя Алексия, митрополита Московского.
В 1920-е годы храм был закрыт и использовался не по назначению. Колокольня и купола были разобраны в 1929 году. Свято-Алексиевский собор находился на территории военного городка. После вывода воинской части, церковь была передана на баланс музея-заповедника. В 1996 году Свято-Алексиевская церковь была передана Русской Православной Церкви.
В дни празднования 125-летия Ташкентской и Среднеазиатской епархии Святейший Патриарх Московский и Всея Руси Алексий II освятил Свято-Алексиевский собор 13 ноября 1996 года. Настоятель - иерей Роман Загребельский.