Собор был построен в 1555—1561 годах по приказу Ивана Грозного в память о взятииКазани и победе над Казанским ханством, которые случились именно в день Покрова Пресвятой Богородицы — в начале октября 1552 года. Существует несколько версий о создателях собора. По одной из версий, архитектором был известный псковский мастер Постник Яковлев по прозвищу Барма. По другой, широко известной версии Барма иПостник — два разных архитектора[3], оба участвовавших в строительстве; эта версия ныне устарела[4][5]. По третьей версии, собор был построен неизвестным западноевропейским мастером (предположительно итальянцем, как и ранее — значительная часть сооруженийМосковского Кремля), отсюда и столь неповторимый стиль, сочетающий в себе традиции как русского зодчества, так и европейского зодчества эпохи Возрождения, но эта версия пока так и не нашла никакого чёткого документального подтверждения.
Согласно легенде, зодчие собора (Барма и Постник) были ослеплены по приказуИвана Грозного, чтобы они не смогли больше построить подобного храма. Однако если автором собора является Постник, то он не мог быть ослеплён, поскольку в течение нескольких лет после строительства собора участвовал в создании Казанского кремля[6].
Сам храм символизирует собой Небесный Иерусалим, однако значение цветовой раскраски куполов и по сей день остается неразгаданной загадкой. Ещё в XIX веке писатель Н. А. Чаев предположил, что цвет куполов храма можно объяснить сном блаженного Андрея Юродивого(Константинопольского) — святого подвижника, с которым, по церковному Преданию, и связан праздник Покрова Божией Матери. Ему привиделся Небесный Иерусалим, и там «были сады многие, в них древа высокие, колеблющиеся своими вершинками… Одни из деревьев цвели, другие златовидною листвою были украшены, иные имели плоды различные несказанной красоты»[7].
Высота Покровского собора составляет 65 метров.
Собор состоит из отдельных церквей,престолы которых освящены в честьпраздников, приходившихся на дни решающих боёв за Казань:

План собора (второй ярус)
Троицы,в честь свт. Николая Чудотворца (в честь иконы его Великорецкой изХлынова),Входа Господня в Иерусалим,в честь муч. Адриана и Наталии(первоначально — в честь свт. Киприана и Иустины — 2 октября),свт. Иоанна Милостивого (до XVIII века — в честь свт. Павла, Александра и Иоанна Константинопольских — 6 ноября),Александра Свирского (17 апреля и 30 августа),Варлаама Хутынского (6 ноября и 1-я пятница Петрова поста),Григория Армянского (30 сентября).
Эти восемь церквей (четыре осевые и четыре поменьше между ними) увенчанылуковичными главами и сгруппированы вокруг возвышающейся над ними девятойстолпообразной церкви в честь Покрова Пресвятой Богородицы, завершённойшатром с маленькой главкой. Все девять церквей объединены общим основанием, обходной (первоначально открытой)галереей и внутренними сводчатыми переходами.
В 1588 году с северо-востока к собору был пристроен десятый придел, освящённый в честь Василия Блаженного (1469—1552),мощи которого находились на месте постройки храма. Название этого придела дало собору второе, обиходное название. К приделу Василия Блаженного примыкает придел Рождества Пресвятой Богородицы, в котором в 1589 году был погребён блаженный Иоанн Московский(вначале придел был освящён в честь Ризположения, но в 1680 году переосвящён как Рождество-Богородицкий). В 1672 году в нём состоялось обретение мощей Иоанна Блаженного, а в 1916 году он был переосвящён во имя блаженного Иоанна, московского чудотворца. В 1670-х годах построена шатровая колокольня.
У Покровского собора всего 11 куполов, из них 9 — над церквями (по числу престолов):
Покрова Пресвятой Богородицы (центр),Св. Троицы (восток),Входа Господня в Иерусалим (запад),Григория Армянского (северо-запад),Александра Свирского (юго-восток),Варлаама Хутынского (юго-запад),Иоанна Милостивого (бывш. Иоанна, Павла и Александра Константинопольских) (северо-восток),Николая Чудотворца Великорецкого (юг),Адриана и Наталии (бывш. Киприана и Иустины) (север).
Ещё два купола расположены —
над приделом Василия Блаженного,над колокольней.
Собор неоднократно реставрировался. В XVII веке были добавлены асимметричные пристройки, шатры над крыльцами, затейливая декоративная обработка глав (первоначально они были золотыми), орнаментальная роспись снаружи и внутри (первоначально сам собор был белым).
В главной, Покровской, церкви стоитиконостас из разобранной в 1770 году кремлёвской церкви Черниговских чудотворцев, а в приделе Входа во Иерусалим находится иконостас из разобранного в то же времяАлександровского собора.
Последний (перед революцией октября 1917 года) настоятель собора, протоиерейИоанн Восторгов, был расстрелян23 августа (5 сентября) 1918 года. Впоследствии храм был передан в распоряжение обновленческой общины.