Работы по устройству иконостаса были выполнены под руководством мастера А. Боброва из Кексгольма. Иконы написал художник А. С. Чижов. Купола классические. Луковичные, покрыл железом присланный из Петербурга мастер Черняев с холмогорскими кровельщиками. Цвет куполов первоначально был зеленым.
Собор был освящён первым епископом Олонецким и Петрозаводским Игнатием 27 января 1832 года.
Имел три престола — во имя святого благоверного великого князя Александра Невского, во имя святого чудотворца Николая Мирликийского и во имя Животворящей Троицы и пять куполов.
фото: lifeisphoto.ru
В 1929 году храм был закрыт. Здание передано краеведческому музею, при этом были снесены все 5 куполов, а внутри устроено межэтажное перекрытие.
В 1991 году храм возвращён Петрозаводской епархии. Осенью 1993 года началась реставрация храма. Автор проекта реставрации — архитектор В. Г. Копнин.
Внешний вид собора был восстановлен в точном соответствии с первоначальным (за единственным исключением — купола собора прежде никогда не золотились).
Сейчас купола Собора Александра Невского покрыты сусальным золотом, в них возвращены колокола. Новое оформление интерьера (иконостасы, киоты, паникадила и пр.) не соответствует стилистике здания - как считают многие историки, знатоки благоустройства храмов.
9 мая 1995 года епископ Петрозаводский и Карельский Мануил совершил первый торжественный молебен. В июле 1996 года на собор установлены православные кресты.
3 июня 2000 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II освятил храм, который стал кафедральным собором Петрозаводской и Карельской епархии.
В июле 2000 года из краеведческого музея в храм переданы частицы святых мощей преподобного Антония Римлянина, великомученицы Параскевы Пятницы и частичка жезла первосвященника Аарона.
