В начале XX века началась застройка жилыми зданиями восточной части острова Ломзе (ныне остров Октябрьский). Так как новый район располагался довольно далеко от всех существовавших на тот момент церквей, встал вопрос о строительстве собственной церкви. Участок земли под будущий храм был приобретён альтштадтской приходской общиной в 1913 году, однако строительство не успело начаться, так как течение мирной жизни прервала Первая мировая война.
После войны приходская община вернулась к идее строительства храма. В 1925 году был составлен проект, но он был признан неудачным. Составление нового проекта было заказано известному берлинскому архитектору Артуру Киктону, который до этого уже прославился восстановлением разрушенных землетрясением храмов Иерусалима. Составленный Киктоном проект включал в себя не только собственно церковное здание, но также и дом священника и дом общины.
Закладка первого камня будущего храма состоялась 15 июня 1930 года. Строительство велось на средства Альштадской церковной общины, объединением евангелических общин Кёнигсберга и прусским правительством.
Освящение церкви состоялось 7 мая 1933 года.
В ходе Второй мировой войны кройцкирха пострадала не очень сильно, хотя сгорел купол южной башни. После войны новые власти стали использовать здание в народохозяйственных целях. В разное время здесь размещались автомастерская и опытная фабрика экспериментальных орудий лова (рыбы). Здание подвергалось неграмотным перестройкам и реконструкциям. Внутри были устроены бетонные перекрытия. В результате не рассчитанный на такие нагрузки фундамент не выдержал. Усилились просадки, в стенах появились трещины. К началу восьмидесятых годов здание было заброшено.
В июне 1986 года[2] (по другим данным — в сентябре 1989 года[3]) здание бывшей Кройцкирхи было передано православной общине. В 1991 году зарегистрирован Кресто-Воздвиженский приход Смоленско-Калининградской епархии РПЦ. Под руководством первого настоятеля Крестовоздвиженского собора протоиерея Петра Бербеничука († 2008) и игумена Аркадия (Недосекова) († 2018), в содружестве с архитектором мастерской центра НТТМ «Синтез» Юрием И.Забугой в 1991—1994 годах здание было восстановлено. Верхний, главный, храм Собора был освящен митрополитом Смоленским и Калининградским Кириллом в честь Воздвижения Честнаго и Животворящего Креста Господня в 1994 году, а год спустя был освящен нижний придел — во имя св. благоверного князя Александра Невского.
В январе 2000 году митрополит Смоленский и Калининградский Кирилл освятил расположенный в главном приделе собора уникальный янтарный иконостас.
Крестовоздвиженский Собор официально являлся кафедральным собором Калининградско-Смоленской епархии РПЦ, вплоть до освящения Храма Христа Спасителя в Калининграде в 2006 году.
С 2006 года настоятелем является протоиерей Сергий Коротких, руководитель епархиального Отдела религиозного образования и катехизации Калининградской епархии РПЦ.
