Покровская церковь была построена за пределами крепости, рядом с ее северной стеной. Храм возвели казаки, жившие в небольшом поселении и на хуторе на северо-западной стороне у реки Лопань. В 1724 году приход насчитывал всего 87 прихожан с семьями. Имена основателей неизвестны, но церковь строили мастера, знавшие народное зодчество, украинское барокко и московскую архитектуру. По композиции она похожа на типичные трехсрубные деревянные церкви Украины с отдельно стоящей колокольней, но имеет два этажа. В основании храма находится подклет, окруженный аркадой. В подклете расположена однопрестольная зимняя церковь во имя Трех Святителей. На верхнем этаже, окруженном гульбищем, находится однопрестольная летняя церковь во имя Покрова Пресвятой Богородицы, первоначально не отапливаемая. В подвале позже устроили усыпальницу для местной знати. Центральный восьмигранный объем с западной стороны соединен с шестигранной алтарной частью, с восточной, с таким же притвором. Восьмигранные башенные объемы верхнего храма разделены заломами на ярусы и завершаются главками с крестами. Высота храма в центральной части составляет 48 м. Наружные стены украшены карнизами с зубчатым поребриком, углы акцентированы полуколонками на кронштейнах. Оконные проемы обрамлены наличниками с колонками и фигурными сандриками. Внутри верхнего храма светлое пространство трех камер, соединенных арочными проемами, создает красивый эффект. Колокольня, построенная одновременно с церковью, была связана с ней галереей. Она восьмиугольная, четырехъярусная, с подвалом, напоминающая оборонную башню. Завершает ее звоновый ярус, над которым возвышается каменный шатер с окнами и маленькая главка с крестом.

В 1709 году по указу Петра I, посетившего Харьков, крепость расширили на север, и Покровский храм оказался внутри ее территории. Земельный участок вокруг церкви принадлежал полковнику Федору Шидловскому. На участке были деревянные строения и начато строительство каменного дома. В 1708 году владение перешло к Лаврентию Шидловскому, племяннику Федора, а участок с садом и строениями был отдан князю Кантемиру.

В 1726 году в культурной жизни Слобожанщины произошло важное событие, повлиявшее на судьбу Покровской церкви. В Харькове по инициативе епископа Епифания Тихорского и князя М.М. Голицына был основан Свято-Покровский мужской училищный монастырь с Коллегиумом, первым высшим учебным заведением на Левобережье. С 1729 года церковь стала монастырской и коллегиумской. Ее отремонтировали, украсили и снабдили церковной утварью. В 1732 году на колокольне установили колокол весом 1,6 т. В 1799-1800 годах верхнюю церковь преобразовали в кафедральный собор, а нижняя продолжала служить коллегиумской. В ризнице хранилось много церковных памятников, Евангелия, кресты, подсвечники и другое. В усыпальнице были погребены священнослужители и именитые граждане.

В 1820-1826 годах при строительстве нового Архиерейского дома между ним и храмом соорудили переход и трапезную, объединившую храм с колокольней. В 1837 году позолотили главки и кресты. В 1846 году кафедральным собором вновь стала Успенская церковь, к которой пристроили колокольню, а Покровскую церковь сделали главной крестовой церковью Архиерейского дома. В 1844-1856 годах ее расписали и устроили отопление горячим воздухом. В 1872-1874 годах расширили трапезную, перестроили лестницу на второй этаж и устроили хоры.

В XIX и начале XX века в монастыре велись работы по строительству новых зданий и благоустройству территории. Были воздвигнуты Озерянская церковь, базиликальное здание рядом с Покровским собором, дом настоятеля с главными воротами, бывшая Консистория, корпус келий с трапезной и квартирой для высокопоставленных духовных лиц, часовня с запасными воротами и несколько жилых и служебных зданий.

В начале 1920-х годов Свято-Покровский монастырь закрыли. В его зданиях разместили музеи и организации. Покровская церковь использовалась беспорядочно и разрушалась. Первая попытка реставрации была предпринята в 1950-х годах, она носила косметический характер, но спасла храм от гибели. В 1960-х решили восстановить храм в виде XVII века, разобрали части, достроенные в XIX веке: трапезную и переходы в Архиерейский дом и Озерянскую церковь.

В 1992 году комплекс Свято-Покровского монастыря был возвращен церкви. Ей переданы здания и памятники архитектуры на его территории. По договоренности с Епархиальным управлением помещения будут использоваться организациями и под квартиры жильцов. Продолжаются работы по реставрации Покровского храма, в нижней церкви которого возобновлена служба. Новый проект восстановления предусматривает воссоздание ранее разобранных частей.