Церковь стоит на «Известной или Известковой горе», и построена на месте старинной деревянной церкви. До 1869 года она называлась церковью святого Николая Чудотворца, что на Извести. Место между церковью и зданием педагогического университета называлось «Виселки», так как, по преданию, Иван Грозный казнил здесь провинившихся.
В 1869 году церковь св. Николая, к тому времени уже не имевшая прихода, была переосвящена во имя святого Александра Невского. Сделано это было в память «чудесного спасения жизни» императора Александра II во время покушения на него террористов-народовольцев в 1866 году.
Церковь была закрыта для богослужения в 1928 году. Потом в здании располагались общежитие, склад, лыжная база. В начале 1980-х годов после реставрации церковь была передана областному музею, а в 1995 году храм был возвращен Вологодской епархии. В настоящее время он является воинским храмом и находится на попечении вологодского казачества.