На окраине Петровска в 1-й половине XVIII века находился Покровский девичий монастырь. В монастыре была деревянная Покровская церковь. Монастырь вошёл в большое число упразднённых на то время указом Екатерины II (упразднён в 1764 году). Достраивающаяся новая каменная Покровская церковь обращена в приходскую.

В 1884 году вместо старой каменной построена новая кирпичная церковь Покрова Пресвятой Богородицы с трёхъярусной колокольней. Приделы Покровский и Пантелеймоновский. Архитектор А.М. Салько. Храм построен на добровольные пожертвования при небольшом пособии от петровского городского общества. Участие в постройке принимали купцы Тихомиров, Новичков и Швецов. В исторических документах нет упоминаний об освящение придельных престолов.

В 1937 году церковь закрыли. Община сослана в Сибирь. В разное время в здание храма находились разные склады и временами пустовало. В 1960 году разрушены купола, что привело к разрушению кирпичной кладки, частичному обрушению стен. До 1995 года в колокольне располагался радиотрансляционный центр, на шпиле были установлены антенны.

В 1990 году церковь возвращена верующим в тяжелом состоянии. Отреставрирована в 2000-х годах.