Строительство собора началось в 2001 году и завершилось в 2006 году.
7 июля 2001 года патриарх Московский и всея Руси Алексий II посетил Чебоксарскую епархию и освятил закладной камень в основание будущего храма, посвященного святой мученице Татиане. Строительство велось на пожертвования предприятий, организаций и жителей Чебоксар и Чувашской Республики.
4 мая 2006 года митрополит Чебоксарский и Чувашский Варнава освятил нижний храм собора, посвященный святой мученице Татиане. Престол верхнего храма был посвящен Покрову Пресвятой Богородицы и Приснодевы Марии. 16 сентября 2006 года из Введенского кафедрального собора в Покровско-Татианинский собор были перенесены мощи святителя Иннокентия, епископа Иркутского, а также чтимая икона святой мученицы Татианы с частицей ее мощей. 17 сентября 2006 года митрополит Варнава совершил освящение верхнего храма и огласил указ патриарха Алексия II о присвоении храму статуса собора.
Собор представляет собой храм с 12 куполами, построенный в византийском стиле. Над центральным входом располагается колоннада изогнутой С-образной формы. Общая площадь сооружения составляет свыше 1000 квадратных метров, высота колокольни составляет 56 метров.
В настоящее время в комплекс сооружений собора входят здание Покровско-Татианинского собора, храм-крестильня с баптистерием во имя Крестителя Иоанна, здание воскресной школы с библиотекой и административными помещениями, а также часовня.
Собор содержит ковчежец со стопой епископа Иркутского святителя Иннокентия, чтимую икону святой мученицы Татианы с частицей ее мощей, а также иконы с частицами мощей апостола Варнавы, преподобного Сергия Радонежского, преподобного Серафима Саровского, блаженной Матроны, праведного воина Федора Ушакова.
25 января 2010 года, в день святой мученицы Татианы, Покровско-Татианинский собор посетил премьер-министр России Владимир Путин, который подарил собору икону Иоанна Предтечи XIX века.
