В 1878 г. строительное отделение Астраханского Губернского Правления одобрило проект архитектора Павла Апполосовича Знаменского, и в 1879 г. начались строительные работы. Главным инициатором выступил известный астраханский купец и благотворитель Иван Иванович Губин. 31 марта 1885 г. в торжественной обстановке на колокольню храма были повешены колокола. 29 сентября в канун праздника Покрова Богородицы архиепископ Евгений Шерешилов освятил главный алтарь.
Храм и объединенная с ним высокая двухъярусная колокольня построены из красного кирпича в стиле традиционной русской архитектуры. По проекту П.А. Знаменского купол должен был быть пятиглавым, однако средств не хватало, поэтому купол храма одноглавый, с массивным восьмисветовым барабаном. Астраханскими мастерами были изготовлены иконостасы для центрального и придельных алтарей.
Стараниями священников и прихожан Покровская церковь осталась одной из немногих в Астрахани, которую новорожденная Советская Власть не тронула. Хотя в 1941 г. храм был превращен в склад сахара. Большой вклад в возвышение Покровского храма вложил архиепископ Филипп Ставицкий. Он обратился к верующим с просьбой пожертвовать медные, бронзовые и серебряные предметы на отливку нового колокола, прежние колокола были сняты с колокольни в 1930 г. Ещё в 1928 г. он пытался сделать его своим кафедральным собором, но был арестован. Только в 1943 г., вернувшись из заключения, архиепископ Филипп Ставицкий достиг своей цели – Покровская церковь была официально объявлена кафедральным собором.
К 450-летию Астрахани внешний вид храма был впервые обновлен: почищены купола и кресты, покрашена кровля, вместо каменных ступенек сделали красивый мраморный вход с чугунными перилами.
