До начала Второй мировой войны в Мельбурне проживало лишь несколько русских православных семей. В 1949 году новоприбывшие иммигранты основали Покровский приход. Поскольку собственного храма не было, службы проводились в арендованных помещениях.

К 1954 году Покровский приход в Мельбурне стал одним из крупнейших в епархии и приобрёл пустующий неоготический храм в Коллингвуде. Община продолжала расти, и в 1960-х годах основной зал был перестроен и расширен, но всё равно не вмещал всех желающих. Было решено построить новый храм, однако выбор места и покупка земли оказались сложными и долгими.

5 ноября 1989 года архиепископ Павел (Павлов) заложил новый собор в присутствии всего духовенства штата Виктория. В закладной камень была помещена частичка мощей мученицы Великой княгини Елизаветы в медно-латунном цилиндре, что соответствует древней христианской традиции строительства церквей над могилами святых мучеников.

Строительный комитет пришёл к выводу, что приход сможет осилить проект только при условии, что строительство будет в основном выполнено своими силами. Староста Иннокентий Павлович Козулин, избранный в 1988 году, возглавил артель добровольцев, большинство из которых имело строительный опыт. По словам протоиерея Николая Карыпова, все бетонные, плотницкие, сварочные и штукатурные работы были выполнены добровольцами. Для резьбы по дереву были приглашены мастера из России, которые изготовили иконостас и другие киоты. Строители старались воссоздать храм в Ярославском стиле XVI-XVII веков, используя современные технологии.

На наружные работы ушло двенадцать лет, а на внутреннее убранство, семь. В феврале 1996 года были установлены позолоченные купола, увенчанные крестами в октябре того же года. Строительство собора завершилось в начале 2000-х годов. В 2005-2006 годах были закончены зал, бетонная стоянка и дорожки вокруг храма. Начались работы по благоустройству территории и посадке зелени. 24 сентября 2006 года архиепископ Иларион (Капрал) совершил великое освящение нового Покровского собора.