Собор располагался в центре города, на главной улице, которая сейчас называется улицей Калинина, на холме высотой 5 саженей (около 10,65 метров). На этом холме находился Спасо-Поликарпов монастырь, основанный Преподобным Поликарпом Брянским в XVI веке и упраздненный в 1764 году. В писцовых книгах 1626, 1628 годов монастырь описывался как расположенный на Козьей степи на реке Десне напротив Стрелецкой слободы, с церковью Преображения Господня и Рождества Богородицы, а также церковью Преподобного Поликарпа. В Смутное время монастырь был разорен, но позже восстановлен.

Деревянный Преображенский храм был продан в село Коростовку, и на его месте около 1694 года построили двухэтажный каменный храм. В верхнем ярусе был престол в честь Преображения Господня, а в нижнем, во имя святого мученика Иоанна Воина. Под алтарем последнего позже была создана усыпальница князей Барятинских. В это же время над Святыми вратами возвели каменную колокольню. В 1694 году князь Даниил Афанасьевич Барятинский начал строительство храма в честь Рождества Богородицы, который завершил его брат Алексей Афанасьевич Барятинский. Храм освятили в 1697 году. В 1710 году построили деревянный храм во имя святого мученика Иоанна Воина, который в 1730 году заменили на каменный.

В 1766 году монастырь был упразднен. Храм Рождества Богородицы с 1768 года стал приходским, а остальные здания передали Тверскому карабинерскому полку. С 1779 года в монастырских кельях размещалось Духовное училище, которое в 1798 году перевели в Севск. Монастырские здания простояли до пожара 1845 года.

Брянским Кафедральным Собором изначально был Спасо-Преображенский храм на Владычних гробех. Вероятно, после упразднения Брянской кафедры около 1500 года, Брянским Собором стал Покровский храм. Согласно указу Святейшего Правительствующего Синода от 12 ноября 1798 года, Брянским Собором был назван приходской Преображенский храм Поликарпова монастыря, сохранивший название «Покровский Собор».

В 1862 году храм Преображения Господня разобрали, и на средства купца Николая Алексеевича Вязьмитина начали строительство нового соборного храма. В 1875 году храм был почти завершен, но 16 июля того же года произошел пожар, в результате которого сгорел и обрушился купол. Храм Рождества Богородицы также сильно пострадал и был разобран в 1881 году из-за трещины. На его месте установили каменный столп с надписью о времени строительства и освящения. От монастыря сохранилась только каменная шатровая колокольня, измененная после пожара.

В 1876 году освятили правый придел Соборного храма во имя Святителя Николая, а в 1879 году, левый придел во имя святого мученика Иоанна Воина. Главный престол в честь Преображения Господня освятили в 1897 году. В трех приделах установили мраморно-мозаичные иконостасы работы академика В.Д. Фартусова. По преданию, у левой стороны Собора покоились мощи Преподобного Поликарпа Брянского. В Соборе находилась древняя икона Преподобного Поликарпа с крестом от его вериг, икона священномученика Кукши с частицей мощей, а также Евангелие и иконы XVII века. В ризнице Собора было древлехранилище.

Ежегодно из Собора совершались несколько крестных ходов:

1) в праздник Вознесения Господня вокруг Собора;

2) 29 июня в день памяти апостолов Петра и Павла в Брянский Петро-Павловский монастырь;

3) 12 июля с иконой Божией Матери «Троеручица» на молебен к городским лавкам;

4) 11 августа с иконой Божией Матери «Свенская» вокруг города в память избавления от нашествия французов в 1812 году;

5) 15/28 августа в Свенский монастырь;

6) 1 октября икона Божией Матери «Свенская» приносилась в Собор на месяц.

В часовне Собора находилась икона Божией Матери «Троеручица». Ежегодный крестный ход с этой иконой установлен в память события, когда в 1840-х годах молния ударила в место, где висела икона, но пожара не произошло, хотя вокруг был большой пожар.

При Соборе действовали женская церковно-приходская школа, две школы грамоты, духовная библиотека и читальня.

После образования в 1920 году Брянской губернии, в декабре того же года была создана Брянская Епархия. Покровский Собор стал Брянским Кафедральным Собором. В конце 1923 года за право заключить соглашение на пользование Собором боролись православная и обновленческая общины. В 1924 году Собор закрыли. Утварь с художественно-исторической ценностью передали в музей, а остальную церковную утварь распределили между другими храмами. В Соборе долгое время находился народный дом имени 25 октября, антирелигиозный музей. Во время Великой Отечественной войны Собор сильно пострадал. В начале 1960-х годов его разрушили, осталась только древняя колокольня. Были предложения реставрировать ее и передать музею, но 20 июля 1968 года по решению местной власти колокольню взорвали.

На месте Покровского Собора сейчас находится кино-концертный зал «Дружба». Рядом построена часовня в честь Покрова Пресвятой Богородицы, освященная в 2002 году.