Храм Александра Невского возведен в 1903 году на средства жителей Гуменской слободы – теперь эта территория входит в черту города. Здание с трехъярусной колокольней построено в новорусском стиле. Центральный престол освящен в честь Александра Невского, приставной – в честь святителя Онуфрия Старооскольского.
В конце 30-х годов храм закрыли, богослужебная жизнь возобновилась только ближе к концу 1945 года. После возрождения в 1995 году Белгородской епархии собор получил статус кафедрального и стал главным православным храмом города. Деревянный резной иконостас обновили специально написанными каноническими иконами. В 2006 году на храмовой территории выстроили надкладезную сень, ставшую завершением единого ансамбля кафедрального собора.
Также на территории храмового комплекса находится крестильный храм святой равноапостольной княгини Ольги и мученицы княжны Анастасии. Его строительство началось в 2007 году, а в сентябре следующего года прошло первое богослужение.
С 1 октября 1994 года при храме действовала воскресная школа для детей, позже её преобразовали в православную гимназию. В сентябре 2009 года открыт Центр православной молодежи «Невский».
Храм Александра Невского в Старом Осколе признан памятником архитектуры и объектом культурного наследия народов РФ регионального значения.