Пятикупольный базиликального типа, выполнен в псевдорусском стиле. Построен в 1905 году по проекту архитектора В.А. Фельдмана, посвящен Покрову Пресвятой Богородицы. Собор шестипрестольный, двухярусный. Приделы освящены в честь Покрова Богородицы, вели-комученника и целителя Пантейлемона, апостолов Петра и Павла, мучениц Веры, Надежды, Любови и их матери Софии, преподобного Серафима Саровского, Равноапостольного князя Владимира. В подвальном этаже имеются склепы, в которых в мае 1917 года были помещены останки руководителей восстания на Черноморском флоте в ноябре 1905 года - П.П. Шмидта, СП. Частника, И.А. Гладкова, Н.Г. Антоненко, доставленные в Севастополь с места казни на острове Березань. В ноябре 1923 года их перезахоронили на кладбище Коммунаров. На западном фасаде здания вмонтирована плита с крестом и надписью: «Протоиерей Александр Демьянович. 18.VIII.1888».
В годы второй мировой войны здание пострадало, был разрушен южный придел. Собор не закрывался до 1962 года, затем в нём размещались спортзал и городской архив. В 1992 году общине передали северный придел (Св. ВМЧ. Пантелеймона), в начале 1994 года здание Покровского собора полностью передано церкви. Идут реставрвционно-восстановительные работы.
Купола Покровского собора увенчаны крестами с полумесяцами - довольно редкой символикой в православных храмах. Однозначного её толкования нет. Считают, что это купель, полумесяц - это ещё и люлька Вифлеемская, принявшая Богомладенца Христа и чаша евхаристическая, в которой находится Тело Христово; полумесяц - это церковный корабль, ведомый Кормщиком Христом; полумесяц - это и якорь надежды, и древний змий, попираемый Крестом и полагаемый как враг Божий под ноги Христа.