La chiesa è attestata per la prima volta nell'anno 893. Nel 1071 Alessandro II, papa e vescovo di Lucca, vi fece trasferire da Roma il corpo di Sant'Alessandro I, occasione in cui fu costruita la cripta oggi interrata. La traslazione del corpo testimoniò il legame strettissimo che il pontefice aveva mantenuto con la città e la considerazione che nutriva per l'antico predecessore dal quale aveva tratto il nome. Le straordinarie peculiarità architettoniche dell'edificio hanno destato l'attenzione della critica, che lo considera tra i capostipiti architettonici del secolo XI. Nel Duecento la chiesa rivestì un ruolo di grande importanza civile, ospitando la Curia dei Foretani, cioè il tribunale del Comune di Lucca delegato a giudicare le controversie fra cittadini e contadini. Nel XVI secolo l'edificio fu coperto con volte a crociera, la cripta fu interrata e il corpo di Sant'Alessandro venne trasferito nell'altare maggiore, nelle navate furono inoltre aperte finestre più ampie. Al 1840 risale un importante restauro della chiesa, voluto dal Duca Carlo Lodovico: gli interventi vennero diretti con sensibilità da Lorenzo Nottolini, mentre Michele Ridolfi dipinse l'abside ad encausto. La chiesa di Sant'Alessandro, nota come Sant'Alessandro Maggiore per distinguerla dall'omonima chiesa situata nei pressi del Duomo ed oggi distrutta, è documentata la prima volta nell'anno 893.