Первые упоминания о храме на месте нынешней Покровской церкви относятся к 1628 году, когда в патриарших окладных книгах была записана деревянная церковь во имя святой мученицы Параскевы Пятницы. В писцовых книгах 1653 года при этой церкви значится двор попов и 39 приходских дворов. В 1659 году на месте обветшавшего храма была построена новая деревянная церковь, освященная в честь Покрова Пресвятой Богородицы.
К 1730 году здание храма вновь пришло в ветхость, о чем свидетельствуют записи о провисающих полах, сделавших проведение богослужений невозможным. Разрешение на строительство нового храма было получено, и церковь была освящена игуменом Борисоглебского монастыря Пахомием. В 1789 году на средства секретаря уездного суда Д. Тольского и купца П. Быкова был возведен каменный храм, сохранившийся до настоящего времени. Освящение состоялось на антиминсе из упраздненной Петропавловской церкви.
Архитектурный облик храма представляет собой образец провинциального барокко второй половины XVIII века. Основной объем выполнен по принципу «восьмерик на четверике», с прямоугольной трапезной и трехъярусной колокольней, пристроенной в начале XIX века. Фасадный декор включает характерные для барокко элементы: наличники с «ушами» и «серьгами» на арочных окнах, пилястры на углах здания.
Внутреннее убранство сохранило четырехъярусный позолоченный иконостас второй половины XIX века в римско-византийском стиле. На стенах имеются масляные росписи XIX-XX веков с изображениями библейских сцен. В храме находятся предметы из упраздненной Петропавловской церкви, включая напрестольный крест 1758 года и Евангелие 1701 года.
Храм имеет два престола: главный — в честь Покрова Пресвятой Богородицы и придельный — во имя Введения во храм Пресвятой Богородицы. В советский период Покровская церковь оставалась единственным действующим храмом в Переславле-Залесском, куда переносились святыни из закрывавшихся церквей города.