Храм был построен в 1830-1834 годах. Место для церкви выбрал император Николай I, а проект в псевдоготическом стиле выполнил известный немецкий архитектор К.-Ф. Шинкель. Это была домашняя церковь царской семьи и частное владение Дома Романовых. Богослужения велись только летом. Здесь происходило венчание фрейлин императрицы Александры Фёдоровны. Во время Великой Отечественной войны храм серьезно пострадал и был восстановлен и отреставрирован в 1970-1999 годах. В 2006 году церковь была освящена.
В 1829 году после завершения строительства Коттеджа, возникла необходимость в домовой церкви. Место на холме в западной части Александрии выбрал сам Николай I. Проект церкви император заказал известному немецкому архитектору К.-Ф. Шинкелю.
В 1830 году началось строительство церкви под руководством архитектора А. Менеласа, а затем И. Шарлеманя. Летом 1834 года строительство было завершено. 3 июля состоялось освящение церкви во имя святого благоверного великого князя Александра Невского.
Церковь, выдержанную в стиле готической архитектуры, стали называть Готической капеллой (Готической церковью). Храм представляет собой здание, квадратное в плане, с одинаковыми фасадами, прорезанными окнами-розами для витражей. Здание имеет трёхгранный выступ алтарной апсиды, по углам — двадцатиметровые восьмигранные башни со шпилями из чугуна, завершенные золочёными крестами. Фасады украшают 43 статуи из высоколитной меди по моделям скульптора В. И. Демут-Малиновского - это фигуры ангелов, апостолов, евангелистов и Богоматери с младенцем.
По моделям мастера М. Соколова в 1832 году на Александровском литейном заводе были отлиты из чугуна ажурный парапет, кронштейны, розетки и другие элементы декора (всего около тысячи деталей). На Петербургском стеклянном заводе были выполнены стекла для витражей в розетках над порталами.
Церковь была православной, внутреннее убранство было ортодоскальным, хотя и выдержанным в готическом стиле. Золоченый одноярусный иконостас вписан в готические стрельчаные арки. Живопись иконостаса и запрестольный образ "Воскреесение Господне" выполнены Т. Неффом в 1833 году.
В 1860-х годах в декоративных розах над дьяконскими дверями были установлены две копии картин Т. Неффа "Ангел молитвы" и "Ангел у гроба Господня", выполненные в стекле художником Императорского стеклянного завода Г. Васильевым.
В 1834 году русские ювелиры изготовили для Капеллы церковную утварь в готическом стиле. В церкви было много икон, но до наших дней они не сохранились.
После революции Александрия стала превращаться в музейный комплекс. В 1918 году церковь была закрыта.
В 1920 году в здании был открыт музей, вскоре закрытый, и лишь после капитального ремонта, в 1933 году в ней была открыта выставка по истории парка «Александрия».
Здание сильно пострадало в период Великой Отечественной войны.
После окончания проведённых в 1970—1999 годах реставрационных работ и воссоздания живописи иконостаса и витражей в бывшей Капелле Александра Невского был вновь открыт музей.
Здание было освящено, но богослужения в нём не проводились. В 2003 году в здании церкви вновь был начат реставрационный ремонт, по окончании которого, 4 июня 2006 года церковь была торжественно освящена митрополитом Санкт-Петербургским и Ладожским Владимиром (Котляровым).
В 2006 году в здании Готической капеллы прошла церемония прощания с Марией Фёдоровной (датской принцессой Дагмар), супругой императора Александра II, останки которой по ее завещанию были перенесены из Дании в Санкт-Петербург.