На бывшей окраине города в 1881 году была разбита Александровская площадь. Название было дано в память об императоре Александре II. На собранные челябинцами и свои личные средства купец Кутырев заложил здесь часовню, названную по имени выдающегося русского полководца князя Александра Невского, за ратные подвиги возведенного в ранг святого. Строительство велось без участия архитектора и вскоре было приостановлено, все постройки сломаны; в таком виде площадь просуществовала около 10 лет. Только 3 октября 1884 года Оренбургская консерватория предлагает Кутыреву «начатую им часовню обратить в церковь».
В 1907 году по требованию местных купцов и мещан было возобновлено строительство церкви по новому проекту, автором которого стал зодчий с мировым именем Александр Никанорович Померанцев, в то время бывший руководителем мастерских высшего училища при Академии художеств. По его проектам были построены знаменитые Московские торговые ряды (1889—1893), соборы Александра Невского в Москве (разрушен в 1952 году), Софии и других городах. В конце XIX века Померанцев с группой русских архитекторов, в которую входили К. Тон, В. Щусев, выработали новый стиль в архитектуре — «русско-византийский». Этот стиль был использован и при сооружении храма в Челябинске. Четыре года понадобилось, чтобы закончить наружные работы. На строительство было потрачено 60 тысяч рублей, пожертвованных челябинцами, городской думой и Николаем II. Средств хватило только на возведение стен. Заложенные в проект мозаика над входами, постаменты для горельефов в шатровой части здания не были воплощены в жизнь. Созданный при церкви строительный комитет церковно-приходского попечительства стремился завершить на оставшиеся средства внутренние работы по освещению здания, покраске стен, росписи купольной части и т. д.