Suomenlinnan kirkon historia ulottuu Viaporin linnoituksen syntyyn vuonna 1748. Ruotsin menetettyä koko Suomen alueen Venäjälle vuonna 1809 käynnistettiin suunnitelmat kirkon perustamisesta linnoitusalueelle. Konstantin Thonin ensimmäiset piirustukset kirkosta laadittiin vuonna 1838, mutta kirkon rakentaminen alkoi virallisesti vuonna 1849. Kirkko valmistui vuonna 1854. Kirkko nimettiin Aleksanteri Nevskin kirkoksi, ja sitä pidettiin aikanaan Suomen hienoimpana ortodoksisena kirkkona, joka edusti arkkitehtuurin huippua.
Kirkon ulkonäköä muutettiin Suomen itsenäistyttyä ja kirkko muutettiin luterilaiseksi kirkoksi Einar Sjöströmin suunnitelmien mukaan. Kirkko vihittiin luterilaiseksi kirkoksi vuonna 1929, minkä jälkeen se toimi varuskuntakirkkona, kunnes Puolustusvoimat luovutti rakennuksen Helsingin evankelisluterilaisille seurakunnille vuonna 1960. Mittavien korjausten jälkeen kirkko vihittiin uudelleen käyttöön helmikuussa 1964.
Kirkon tornissa toimii laiva- ja lentoliikennettä palveleva majakka, joka lähettää neljä peräkkäistä vilkahdusta, jotka morsekoodissa tarkoittavat H-kirjainta eli Helsinkiä.