Покровский кафедральный собор в Костомукше был возведен в период с 1993 по 1995 год на средства, собранные приходом и пожертвования горожан. Проект здания разработан главным архитектором города Сергеем Леушевым с учетом традиций карельского деревянного зодчества. Освящение храма состоялось в октябре 1996 года, чин освящения совершил епископ Карельский и Петрозаводский Мануил.
Архитектурное решение представляет собой деревянную одноглавую церковь типа клеть с двускатной кровлей, трапезной частью и шатровой колокольней на восьмерике. Перед храмом установлена скульптура Иисуса Христа работы петербургского мастера Дмитрия Бессмертного, подаренная местными предпринимателями. Крест на скульптуре воспроизводит форму креста с иконы XII века «Спас Нерукотворный», а лик Христа соответствует изображению на Туринской плащанице.
Среди храмовых святынь особо отмечается икона святителя Николая Чудотворца, написанная 150 лет назад на средства купца Синебрюхова. Икона была перенесена из Петрозаводска в день освящения храма. В комплекс собора входит часовня в честь Святой Троицы, расположенная на территории храма.
29 мая 2013 года решением Священного Синода Русской Православной Церкви была образована Костомукшская епархия путем выделения из состава Петрозаводской епархии. Покровский храм получил статус кафедрального собора новой епархии, вошедшей в состав Карельской митрополии. На момент образования епархии это был единственный действующий храм в городе Костомукше.
В архитектурном отношении собор представляет характерный пример современного деревянного храмостроительства с ориентацией на традиционные формы северного зодчества. Простота объемного решения сочетается с выразительным силуэтом, где доминирует шатровая колокольня. В отделке интерьеров использованы традиционные для русского деревянного зодчества приемы.