Место Троицкого собора было определено первоначальным проектом Д. Трезини, к этой точке планировалось прокладывать Невский проспект. Проект однокупольного храма был создан Т. Швертфегером. Он представлял из себя грандиозное сооружение с двумя высокими колокольнями, увенчанными шпилями. В 1719 году начались подготовительные работы к строительству, а 17 (28) июня 1722 года состоялась закладка собора. К 1731 году храм был «вчерне» готов. При осадке здания в сводах образовались трещины, и работы пришлось остановить. В 1744 году постройку было велено «разобрать до подошвы». Собор был разобран в 1753—1755 годах «под смотрением» Ивана Росси. В 1763 году было решено разработать проекты нового собора. В конкурсе участвовали такие архитекторы как Ж.-Б. Валлен-Деламот, А. Ф. Вист, А. Ф. Кокоринов, Ю. М. Фельтен, С. А. Волков и X. Кнобель. Ни один из проектов не получил «апробации» Екатерины II. Через одиннадцать лет, 15 (26) ноября 1774 года, составление проекта было поручено архитектору И. Е. Старову. Проект, представленный Екатерине II, был утверждён в феврале 1776 года. И. Е. Старов был назначен руководителем строительства. Торжественная закладка храма была произведена 30 августа (10 сентября) 1778 года архиепископом Гавриилом (Петровым) в присутствии Екатерины II. В 1782 году на южной двухъярусной башне-колокольне установлены куранты; на другой башне был повешен 13-тонный колокол, отлитый в 1658 году для Иверского монастыря. Вчерне собор был завершён в 1786 году. 30 августа (10 сентября) 1790 года, в день святого благоверного князя Александра Невского, митрополит Гавриил (Петров) освятил собор. На освящении, вместе с кавалерами ордена святого Александра Невского, присутствовала императрица. В тот же день из Благовещенской церкви под пушечные выстрелы была перенесена в собор серебряная рака с мощами благоверного князя.