Закладка храма состоялась 16 мая 1901 года на месте ранее существовавшего молитвенного дома, действовавшего с 1895 года.Строительство велось на средства местных благотворителей и при поддержке церковно-приходского попечительства собора Александра Невского.Освящение нового храма было совершено 10 декабря 1901 года протоиереем Фёдором Сосуновым.
Первоначально здание представляло собой деревянную однопрестольную церковь, поставленную на каменный фундамент. В 1906 году, благодаря пожертвованиям местных купцов братьев Маштаковых — Фёдора, Гавриила, Павла и Григория, храм был значительно расширен: были пристроены трапезная, притвор с колокольней и крытые сени. Эти изменения придали зданию более внушительный вид и улучшили его функциональность.
С момента основания при церкви функционировала церковно-приходская школа. В 1910 году рядом с храмом, по проекту архитектора Андрея Крячкова, было построено новое двухэтажное кирпичное здание для школы.
В 1913 году Покровская церковь получила статус самостоятельного прихода, ранее будучи приписанной к Александро-Невскому собору. К 1915 году в приходе насчитывалось более 2000 прихожан.
В период с 1919 по 1920 годы в храме служил диаконом священномученик Владимир Холодковский.
В 1920-х годах часть клира и прихожан перешли в обновленческое движение, однако оставшиеся образовали Старо-Покровскую общину. 8 марта 1938 года с колокольни были сняты колокола, а 4 августа 1939 года церковь была официально закрыта. Здание передано под различные учреждения: театральное училище, Дом народного творчества, реставрационные мастерские и другие. В этот период были утрачены колокольня и барабан с шатром и главкой, что значительно изменило внешний облик здания.
18 июля 1990 года здание церкви было признано памятником деревянного культового зодчества конца XIX – начала XX веков местного значения. В начале 1990-х годов епископ Новосибирский и Томский Тихон обратился к администрации области с просьбой о возврате здания церкви. В 1993 году здание было передано в ведение Новосибирской епархии, и 14 октября 1994 года храм был вновь освящён и открыт для верующих.
В 1998 году был разработан проект реконструкции храма, включающий восстановление утраченных элементов. В январе 2002 года начались реставрационные работы: старое здание было полностью разобрано, построен новый цокольный этаж, на котором из дерева возведено новое церковное здание, повторяющее своими очертаниями и деталями дореволюционную постройку. 15 февраля 2004 года состоялось малое освящение восстановленного храма.
В июне 2009 года строительные работы по реконструкции церкви были завершены, и архиепископ Тихон совершил молебен с освящением храма.
