Ко времени начала строительства собора, в квартале, примыкающем к Соборной площади Читы уже стояла архиерейская церковь во имя апостола Андрея Первозванного. Она заменяла читинцам кафедральный собор и в ней свершались все торжественные службы. В 1888 году на площади было освящено место под строительство, а 12 августа 1899 года был заложен первый камень в фундамент нового кафедрального собора, освященного впоследствии во имя святого благоверного князя Александра Невского.

О строительстве собора А.И. Попов писал в 1907 году:

"Собор каменный, в русско-византийском стиле, тяжеловатой архитектуры. Снаружи работы почти окончены, поставлены кресты, повешены колокола, но внутренняя отделка ещё не окончена. Постройка была приостановлена по недостатку средств. В начале 1905 года получено уведомление об ассигновании на окончание собора 30000 рублей из сумм, находящихся в распоряжении Св. Синода. В настоящее время, впрочем, кажется, работы не могут продолжаться по другой причине: в соборе оказались трещины, и до выяснения степени опасности отделка остановлена".

В 1903 году в соборе под полом была смонтирована система "лучисто-воздушного" отопления, под руководством самого изобретателя отопления, но система производила значительное задымление помещения. И сам проект вызывал недовольство среди некоторых. 1 августа 1903 года в газете "Забайкалье" писали: "Новый собор тяжелый, давящий, неуклюжий. Купол и кресты принижены и их не видно из-за массы кирпича".

Ещё в декабре 1908 года на достройку собора недоставало 40 тысяч рублей, кроме того, не хватало одной тысячи рублей на окончание иконостаса. Но наконец в 1909 году здесь прошли первые службы, с 1912 года построенный собор начал работу. В 1913 году по случаю 300-летия Дома Романовых прихожане собрали 3000 рублей на юбилейный колокол. Колокол весом в 300 пудов был куплен и поднят на колокольню.

Проведение больших торжеств уже тогда потребовало ремонта помещения. Поменяли пол, изрядно к этому времени сгнивший и долго заделывали новые трещины в стенах.

Советская власть установилась в Забайкалье в конце февраля 1918 года. Собор оставался открытым и летом 1918 года соборная площадь собрала верующих на всенародный крестный ход. 4/17 июня 1918 года местная большевистская власть, намереваясь исполнить совнаркомовские указания, решила забрать архив Духовной консистории, чему воспрепятствовали её работники, и среди них – протоиерей Сергий Старков, будущий епископ Селенгинский Софроний. Все они были арестованы. Возмущенные православные читинцы в тот же день начали собираться на Новособорной площади, желая узнать, почему арестованы уважаемые и любимые ими пастыри, и намереваясь потребовать их освобождения. Однако ни в этот, ни в последующие дни договориться с новыми хозяевами города не удалось. Отчаявшись добиться чего-либо от властей, люди ударили в набат. Они направились в Александро-Невский собор, откуда, взявши иконы и хоругви, крестным ходом двинулись к тюрьме. Недалеко от Михаило-Архангельского храма была выставлена милицейская цепь, которая и открыла огонь по молитвенному шествию. Одна из участниц крестного хода была убита, среди раненых, которых оказалось немало, была и супруга отца Сергия Старкова.

После разгрома большевиков армией белого атамана Г. М. Семёнова церковная жизнь приобрела если не нормальное, то более или менее стабильное течение. В кафедральном соборе проходили чередой панихиды по казакам. Наиболее известна панихида 21 декабря 1918 года по казакам, зверски расстрелянным Красной Армией, сотнике Андрее Кузьмиче, штабс-капитане Аоронкове, прапорщике Николаеве, капитане Сидикове, подполковнике Ивановском. Рядом с собором в 1920 году был похоронен выдающийся белый военачальник Владимир Оскарович Каппель, но при приближении большевистских войск его останки во избежание надругательства над ними красных были вывезены в Китай и перезахоронены в Харбине.

10 февраля 1920 года архиепископ Мелетий отслужил в соборе молебен перед третьим нашествием большевиков.

В период существования Дальневосточной республики (1920-1922 годы) кафедра правящего архиерея также оставалась в Александро-Невском соборе. Но в конце 1922 года Дальневосточная республика, формально демократическое государство, прекратила своё существование, став частью РСФСР, и с этого времени бедствия, постигавшие Русскую Православную Церковь, захватили и Забайкалье.

Новые власти, деятельно поддерживавшие, обновленчество, сразу передали кафедральный собор архиепископу-живоцерковнику Михаилу Орлову, прибывшему в Читу весной 1923 года. Какое-то время собор оставался под ведением обновленцев, но в конце 1920-х годов, когда поднялась новая волна антицерковных репрессий, Александро-Невский собор был конфискован властями уже у них. Его обратили в клуб и кинотеатр "Безбожник", а в 1931 году даже изыскали средства на косметический ремонт, после чего кинотеатр был переименован в "Совет".

Но уже в 1936 году собор был взорван. Православным жителям Читы удалось сохранить часть утвари и некоторые иконы. Руины лежали около года, поскольку кирпич плохо поддавался разборке, и в сентябре 1937 года на разборке был применен первый в Чите бульдозер. Как тогда писали, разборка производилась "ввиду недостатка производства кирпича для строительства школ". Из кирпича собора была построена школа № 4. И сейчас в подвале школы можно увидеть стены фундамента, состоящие из гранитных блоков с надписями - это фрагменты псалмов, помещенных когда-то с трех сторон собора. Большая же часть бутового фундаментного камня и кирпича пошла на строительство здания штаба Забайкальского (ныне Сибирского) военного округа.