Первоначально на этом месте находилась деревянная церковь, возведённая в 1679 году в пределах Камышевского острога. В 1816 году эта постройка была перенесена на городское кладбище, что позволило освободить место для строительства нового каменного храма. В 1821 году началось возведение двухэтажного собора, завершившееся в 1856 году. Строительство осуществлялось при финансовой поддержке местных купцов и прихожан.
Архитектурно собор представляет собой каменное здание, выполненное в стиле русско-византийской архитектуры. Комплекс включает алтарь, основной храм, трапезную с притвором и колокольню. Алтарь имеет пятигранную форму и увенчан аттиком с главкой. Основной объём храма завершён куполом с пятью луковичными главами. Колокольня состоит из четырёхгранного яруса с тройными окнами, над которыми расположены арки звона, треугольные щипцы, усечённый шатёр и короткий шпиль. Венчающие элементы придают сооружению выразительный силуэт.
В 1833 году произошло обрушение потолка верхнего этажа, что привело к приостановке богослужений до 1854 года. В этот период средняя часть здания была разобрана и перестроена с расширением, завершившимся в 1856 году. После реконструкции на верхнем этаже остался один алтарь во имя святого Тихона Амафунтского.
Собор имел шесть алтарей, по три на каждом этаже. На нижнем ярусе центральный алтарь был посвящён Покрову Пресвятой Богородицы, правый придел — трём святителям Василию Великому, Григорию Богослову и Иоанну Златоусту, левый — великомученице Екатерине. На верхнем этаже центральный алтарь освящён во имя Всемилостивого Спаса, правый придел — святого Тихона Амафунтского, левый — преподобных Зосимы и Савватия Соловецких.
В 1891 году при соборе была открыта церковно-приходская школа, а с 1882 года функционировала школа грамоты в деревне Кокшарова. К началу XX века численность прихожан составляла около 2300 человек.
