Кафедральный собор, расположенный на площади Александра Невского, был сооружен в знак признательности русскому народу в помощи при освобождении Болгарии от османского ига. Потрясающей красоты базилика с пятью нефами, выполненная по проекту русского архитектора А. Померанцева в неовизантийском стиле, представляет собой уменьшенную копию Исаакиевского Собора в Санкт-Петербурге. В оформлении внутреннего убранства церкви использованы мрамор, бразильский оникс, африканский алебастр.
Несколько полукуполов, увенчанные главным куполом, придают всей композиции особенную роскошь. Над трех-арочным входом высится колокольня, 12 колоколов, которой разносят свой звон на 30 км от Софии. Под звонницей выложено мозаичное изображение Александра Невского, работы болгарского художника Антона Митова.
С 1964 г. крипта собора отдана под Музей икон, где представлены более 300 икон и фресок со всех уголков страны.