Побудований в 1689 р. Покровській собор — найстаріша архітектурна пам’ятка не тільки Харкова, але і всієї Слобожанщини. Він цікавий ще і тим, що є єдиним фрагментом забудови Харківської фортеці XVII ст., що дійшов до наших днів.
Архітектура цього храму бере свої витоки в народній архітектурі України. На думку фахівців, Покровській собор майже «дослівно» повторює українську дерев’яну тричастинну церкву, являючи собою синтез ідей і конструкцій дерев’яної архітектури і кам’яної архітектури. Незвичайно легкий і стрункий, здалека собор нагадує три поставлені в ряд свічки. Три його башти, що розділені від самої землі і звужуються догори, зорово дуже гармонійно об’єднані в одне ціле. До центральної восьмикутної в плані башти (8,5 х 10 м) зі сходу примикає п’ятигранний вівтар (4x6 м), із заходу — бабинець (6x5 м). Висота середньої, найвищої частини, від землі до хреста складає 45 м.
Собор збудований в два поверхи: внизу, в підкліті, розташований зимовий, теплий храм, вгорі — літній, холодний. Верхня церква в плані майже цілком повторює нижню. Перший ярус оточений відкритою аркадою, на якій на рівні підлоги верхнього храму влаштований обхід-гульбище. Завдяки тому, що собор поставлений на підкліть, його зовнішність набуває легкості, витонченості і завершеності. Фасади розкішно прикрашені лиштвами, напівколонками, карнизами, поясочками; у цьому декоративному вбранні присутні риси московського бароко межі XVII-XVII1 ст. Монументальному і піднесеному образу храму відповідає вишукана краса і стрункість інтер’єру. «Немає в українській кам’яній архітектурі іншої такої будівлі, де б прийом висотного розкриття внутрішнього простору був здійснений з таким блиском», — помічає з цього приводу відомий дослідник української архітектури Г. Н. Логвін.
Дзвіниця, що входить до ансамблю Покровського собору, була споруджена одночасно з храмом. Вона колись входила в систему укріплень Харківської фортеці і має вид оборонної башти. У роки Другої світової війни собор сильно постраждав і був відновлений в 1960—1965 рр. На початку 1990-х років в храмі поновилися богослужіння.
