Собор Покрова Пресвятой Богородицы был освящен иерейским чином 11 апреля 1993 года. Позднее, 4 декабря 2010 года, Епископ Саратовский и Вольский Лонгин провел чин Великого освящения. Здание собора, построенное в 1880 году по проекту архитектора Алексея Марковича Салько, заменило обветшавшую каменную церковь.

В 1736 году в окрестностях Петровска существовал Покровский девичий монастырь, точная дата основания которого неизвестна. К 1764 году монастырь находился рядом с городской крепостью. При монастыре служили священнослужители и церковнослужители, включая священника, диакона и других. В описи отмечалось, что для строительства нового каменного храма было заготовлено 32 сажени камня и 70 тысяч кирпичей, но требовались дополнительные средства. По указу Екатерины II монастырь был упразднен, а небольшая каменная церковь стала приходской. В 1880 году на ее месте построили кирпичную церковь с колокольней по проекту Салько, на средства, собранные благодаря пожертвованиям и поддержке петровского общества. В строительстве активно участвовали купцы Тихомиров, Новичков и Швецов. Храм был трехнефным, но в исторических документах нет сведений об освящении приделов.

В 1937 году церковь закрыли, церковные ценности изъяли, а общину сослали в Сибирь. Здание использовалось как склад и пустовало. До 1995 года в колокольне находился радиотрансляционный центр. В 1960 году разрушили купола, что привело к повреждению несущих конструкций. К моменту передачи храма Православной Церкви стены частично обрушились, а своды и арки оказались в аварийном состоянии.

В 1989 году была создана группа по восстановлению Покровской церкви, открыт целевой банковский счет. Архиепископ Пимен направил туда священника. В 1993 году престол храма был освящен иерейским чином. Комплекс, включающий церковь, церковный дом и бывшую церковную лавку, передан Православной Церкви. 13 октября 2009 года храм получил в дар икону «Собор святых земли нижегородской» с мощами дивеевских святых и святого Серафима Саровского. 4 декабря 2010 года Епископ Лонгин провел чин Великого освящения храма.