Покровский кафедральный собор был заложен осенью 1898 года, через шесть лет в нем состоялась первая служба. Та часть Барнаула, в которой находится собор, считалась самой бедной в городе. Ее жителями были крестьяне, мещане, ремесленники, рабочие и тем удивительнее, что именно на их пожертвования был возведен храм.
Покровский собор заменил старую деревянную церковь, действовавшую с 1863 года. Для нового здания был выбран псевдорусский, или византийский, стиль. В оформлении собора из красного кирпича преобладают религиозные фрески, основанные на сюжетах картин М. Нестерова, В. Васнецова, Н. Крамского.
Начиная с революционного 1917 года, Покровский собор переживал нелегкие времена – его обстреляли, уничтожили колокольню, снесли крест на куполе. В 1943 году в храме начались восстановительные работы, и долгое время он оставался единственным в городе действующим храмом. В настоящее время в Покровском соборе также ведутся богослужения, в 2011 году были проведена реставрация настенных росписей.