Этот город-крепость появился возле удобной переправы через реку Северский Донец благодаря первым поселенцам, бежавшим от католической тирании Речи Посполитой с Правобережной Украины, когда гетман Яцко Острянин вместе с сотниками и рядовыми казаками-черкасами в 1638 году били челом московскому царю Михаилу Фёдоровичу о выделении им земель древнего Чугуевского городища для службы и вечного поселения. Причём казаки своими силами и без поддержки казны обязывались поставить град и острог на пустовавшем долгие годы том самом городище, что на берегу реки. Не уважить такую просьбу московский правитель не мог, тем более что сам тринадцатью годами ранее обещал казакам защищать их и их веру от польского-литовских гонений, да и государственному бюджету это ничего не стоило, кроме земель Дикого Поля. К тому же лояльные Московии укреплённые пункты помогли бы хоть отчасти закрепить притязания на эти практически ничейные земли в глазах своих оппонентов из числа крымских татар и федерации Люблинской унии.
Официальным годом строительства первого соборного храма в честь Преображения Господня, впрочем как и Чугуева, считается 1638-й год. Деревянный Преображенский храм первые поселенцы строили всем миром в одно время с крепостными стенами и башнями острога. Храм символизировал для них божественную защиту и надежду на то, что новая земля станет для них родным домом. В 1639-м году постройка церкви была завершена, а в 1640-м году — её освятили. Построенный из дерева храм, простоял всего 4 года и сгорел в марте 1644-го года.
На строительство нового храма в Чугуевском остроге в июне того же года царь Михаил Фёдорович присылает вместе с грамотой двадцать рублей с указанием обязательного возведения у нового храма придела во имя Михаила Малеина, его небесного покровителя. В писцовой книге составленной тремя годами позже по распоряжению воеводы, князя Якова Волконского, видно, что церковь срубленная их дубовых брёвен, укомплектована святыми иконами, книгами, ризами и колоколами дарованными царём. Стоит сказать, что в 1647-1648 годах казаками в Чугуеве было построено сразу 4 церкви: соборная Преображенская, две Никольских и Рождества Богородицы, а по описи 1712 года, к ним добавились ещё Рождества Христова и Успения Богородицы. Но соборная почиталась как главная, защитница Чугуевского острога, подтверждением чему был ежегодный обряд крестного хода с иконами после литургии всех без исключения городских жителей и духовенства вокруг крепостных валов в праздник Преполовения.
Простояв в первозданном виде более полутора столетий, в 1801 году соборный храм Чугуева претерпел реконструкцию верхней части, когда при сохранении древних бревенчатых дубовых стен его единственный купол был возведён заново из сосновых досок крытых гонтом, на который вновь был воодружён железный позолоченный крест. На деревянной колокольне в 1811 году находилось 4 колокола: 1-й — весом более 500 кг, 2-й — весом 1 пуд 25 фунтов, 3-й — 4 пуда 20 фунтов, 4-й — 1 пуд 20 фунтов. Располагался Преображенский храм в северо-восточной части крепости, где находились дома казаков-переселенцев, которые, очевидно, и составляли его приход. Введение в Чугуеве военных поселений и проведение в связи с этим крупных государственных градостроительных мероприятий предрешило судьбу старинного храма. В 1824 году, вследствие «высочайше» утверждённого проекта, казацкий Преображенский храм был упразднён, сосуды и ризница его были отданы в штабную Рождественскую церковь, иконостас — в Успенскую церковь села Сороковка, а метрические книги оставлены на сохранение в городской, Никольской.
4 июля 1826 года было освящено место и закладка нового каменного храма Покрова Пресвятой Богородицы, строительство которого предполагалось по проекту великого русского архитектора Василия Петровича Стасова. По всей видимости, основные работы по возведению здания были закончены к концу июля 1832 года. Отделка собора и изготовление внутреннего убранства продолжалось ещё около двух лет. 38 икон для иконостаса маслом выполнил Иван Куликов, учитель рисования Харьковской губернской гимназии, а роспись стен внутри собора по штукатурке произвёл живописец Пётр Розетти. Богослужебная утварь была закуплена военным министерством в Санкт-Петербурге. 22 ноября 1834 года был освящён придельный престол Андрея Первозванного, 23-го — Александра Невского, а 30 ноября самим епископом освящался основной престол Покрова Пресвятой Богородицы. Была выстроена и соборная колокольня, которая так же, как и собор соответствовали городскому статусу, центра военных поселений. Изначально храм с колокольней соединяла величественная колоннада дорического ордера, которую во время перестройки 1872 года с целью увеличения внутреннего объёма заменила тёплая церковь. Кроме того собор официально служил сокровищницей истории местного казачества — здесь хранились двадцать знамён жалованных в 1793 году чугуевским регулярным полкам и знамя приписанного к оным в 1845-м году Уфимского казачьего полка.
Начало 20-х годов ХХ столетия было ознаменовано возникновением большого количества религиозных общин и групп. На почве недовольства верующих и части духовенства политикой патриарха Тихона образовалось так называемое, обновленческое движение. Начало движения относится к маю 1922 года. Практически все храмы Чугуева были отданы в аренду группе «Живая церковь». Так договором №4 группе «Живая церковь» был передан в аренду и Покровский собор, а в конце 20-х годов этот храм был окончательно закрыт. Большевики, захватившие власть в Украине на волне переворота, буквально через несколько лет до неузнаваемости обезобразили главный храм Чугуева — Покровский собор. Здание храма и колокольня лишились своих завершений, позже была произведена внутренняя перепланировка, уничтожившая уникальные росписи и мозаичные панно Петра Розетти. За годы советского правления здание собора побывало и складом и в 1945-1947-х годах общежитием для военнопленных, строивших мост через реку Северский Донец, и в 1983-2010-х годах картинной галереей «Лауреаты премий им. И. Е. Репина». Собор, пострадавший во время Великой Отечественной войны, был частично отреставрирован в 1972-м году.
В 2003-м году распоряжением главы Харьковской областной государственной администрации Евгением Кушнарёвым Покровской религиозной общине Чугуева был передан нижний храм Покровского собора. Полностью же храм вернулся к своей православной общине в довольно плачевном состоянии лишь после передачи его Украинской Православной Церкви Московского Патриархата 16 марта 2010 года.
Первоначально Покровский собор Чугуева представлял собой кубический кирпичный оштукатуренный объём в классическом стиле, украшенный с трёх сторон колонными портиками и соединённый с четвёртой стороны шестнадцатиколонной крытой галереей с трёхъярусной колокольней. Однако после реконструкции 1872 года, когда галерею заменила тёплая церковь и объём храма за счёт этого увеличился практически вдвое, силуэт изменился и стал крестовокупольным в плане с колокольней над притвором. В советский период колокольня была разобрана и основной объём стал прямоугольным. Совсем недавно центральный купол был восстановлен на высоком круглом в плане световом барабане с арочными окнами под полусферичным завершением. Ещё в 1972 году была частично восстановлена справедливость, после реставрации были воссозданы северный и южный монументальные четырёхколонные портики дорического ордера, триглифы широкого фриза, треугольные фронтоны в обрамлении профилированного карниза, сандрики прямоугольных оконных проёмов и декоративные кронштейны лобового карниза, которые придали зданию уникальный, строгий вид. Недалёк тот день, когда будет восстановлена и колокольня над притвором.
