Освящён собор был, по данным разных летописей, в 1050 или 1052 году епископом Лукой Жидятой. Храм имеет пять нефов и три галереи, в которых располагалось несколько дополнительных престолов. Северная галерея несколько раз перестраивалась.

Первоначально стены храма не были побелены, за исключением криволинейных в плане апсид и барабанов, покрытых слоем цемянки. Внутренние стороны стен также были обнажены, в то время как своды изначально обмазаны цемянкой и покрыты фресками. Такое оформление было выбрано под воздействием архитектуры Константинополя, в которой мраморная облицовка стен сочеталась с мозаиками на сводах; однако мрамор был заменён известняком, а мозаика — фресками. Сплошь обмазаны цемянкой стены были, вероятно, уже в 1151 году. На западном портале смонтированы бронзовые Магдебургские врата в романском стиле середины XII века с большим количеством горельефов и скульптур.

Во время штурма Новгорода войсками Якоба Делагарди протопоп собора Амос Иванович погиб в сражении со шведскими солдатами.

Не позже XVIII века для укрепления стен к южному и северному фасаду пристроили по три контрфорса. При реставрации 1893—1900 годов контрфорсы с южного фасада были разобраны и было возвращено храму посводное покрытие. Реставрацию собора осуществлял архитектор В. В. Суслов^[1].

В 1922 году, в ходе кампании по изъятию церковных ценностей, часть церковного имущества была изъята. В 1929 году собор был закрыт, и в нём открылся антирелигиозный музей^[2], где были представлены сокровища, хранившиеся в ризнице собора, как пример богатств церкви. Во время оккупации Новгорода немецко-фашистскими войсками храм был повреждён и разграблен, после войны — полностью восстановлен и стал отделом Новгородского музея-заповедника. В 1991 он был передан РПЦ и 16 августа 1991 заново освящён лично патриархом Алексием II. В 2005—2007 произведена реставрация куполов собора.

В 1208 году храм упоминается как место посадки на Галицкий стол малолетнего князя Даниила владимирскими, галицкими и венгерскими боярами^[2]. В 1219 году относится упоминание об устройстве на церкви Богородицы укреплений («града») венгерским воеводой Филей. Храмы во имя пресвятой Богородицы и святого Михаила в 1231 году посещает князь Даниил^[3], так же он «приходит к пречистой Богородицы» в 1235 после занятия Галича из-за отсутствия князя Михаила Всеволодовича Черниговского^[4]. Во время обороны князя Изяслава Владимировича от войск Романа Даниловича в 1254 году, воины Изяслава и он сам выбежали на своды церкви «куда и беззаконные угры были выбежали», то есть речь идет о констукции именно Успенского собора^[5]. Данное летописное упоминание свидетельствует о том, что собор уцелел во время монголо-татарского нашествия. Наличие сводов и «комар» может говорить либо о полной сохранности конструкций сооружения либо об их относительно небольших повреждениях, которые удалось достаточно быстро устранить.

Согласно сообщению Василия Татищева, «по снисканию бо его [Андрея Боголюбского] даде ему Бог мастеров для строения оного из умных земель»; «по оставшему во Владимире строению, а паче по вратам градским видимо, что архитект достаточный был… Мастеры же присланы были от императора Фридерика Перваго [Фридриха Барбароссы], с которым Андрей в дружбе был как ниже явится»^[4]. Однако необходимо заметить, что известный стереотип, связанный с приходом к Андрею «мастеров из всех земель», относится только к работам по украшению Успенского собора: «Того же лета создана бысть церква святая Богородица в Володимири благоверным и боголюбным князем Андреем, и украси ю дивно многоразличными иконами, и драгим каменьем бе-щисла и сосуды церковными и верх ея позлати по вере же его, и по тщанию его к святеи Богородице, приведе ему Бог из всех земель все мастеры и украси ю паче инех церквии». Согласно этому летописному тексту, речь, скорее всего, идёт не о строителях, а об иконописцах, ювелирах и золотильщиках.

С другой стороны, специалист по древнерусской архитектуре Николай Воронин пишет в книге «Зодчество Северо-Восточной Руси XII—XIV веков»:
спенский собор 1158—1160 годов был шестистолпным, трёхапсидным, построенным из высококачественного белого камня (качество камня храма Боголюбского было существенно выше, чем камня галерей Всеволода). Сторона подкупольного квадрата — около 6,4 м. Несмотря на то, что храм был шестистолпным, его четверик зрительно воспринимался почти кубичным (длина без учёта апсид — около 22,5 м, ширина — около 17,5 м, высота — около 21 м), пропорции были изящными. И в интерьере, и в наружных формах ощущалась устремлённость вверх. По высоте (32,3 м) храм превосходил Софийские соборы Киева и Новгорода.

Для церкви Покрова было выбрано место чуть более чем в километре от княжеского дворца при впадении Нерли в Клязьму (позднее устье сместилось на юг, оставив после себя старицу). Устье Нерли находилось на пересечении важных торговых речных путей и служило воротами во Владимирскую землю: здесь корабли поворачивали ко княжеской резиденции, отсюда разворачивалась панорама на Боголюбов с княжеским дворцом и на Владимир. Церковь должна была стать выдвинутым вперёд элементом репрезентативного ансамбля, его предвратным монументом^[4][5][6].

Летописные свидетельства о церкви Покрова весьма скупы. В Кратком Владимирском летописце говорится: «и потом приде от Киева Андрей Юрьевич и створи Боголюбный град… и постави церкви две камены». «И постави ей храм на реце Клязме, две церкви каменны во имя святыя Богородица» — сообщает Новгородская первая летопись. Очевидно, одна из упоминаемых церквей — Покровская. Наконец, «Житие князя Андрея Боголюбского», источник 1702 года, содержит более подробные сведения. Из текста следует, что храм построен за один сезон в память об Изяславе Андреевиче, сыне князя, умершем от ран после похода в Волжскую Булгарию^[4]:


Церковь была освящена в честь праздника Покрова Богородицы. Однако источники, говорящие об установлении этого праздника на Руси в середине XII века по почину Андрея Боголюбского, отсутствуют^[15], а в домонгольских летописях о церкви говорится как о посвящённой не какому-то конкретному празднику, а Богородице^[16]. Следовательно, этот праздник мог быть установлен и позднее (первые упоминания о нём относятся к XIII веку^[4]), и в этом случае церковь первоначально могла иметь какое-либо иное посвящение.

По легенде, содержавшейся в Житии Андрея Боголюбского, белый камень для постройки церкви был вывезен из покорённого Андреем Боголюбским Булгарского царства. Однако эта легенда опровергается как историческими фактами, так и результатами петрографических анализов белого камня, использованного для строительства церкви^[17].

Первоначально церковь Покрова была собором небольшого, но имевшего белокаменные укрепления монастыря, располагавшегося на стрелке Клязьмы и Нерли^[18]. Этот монастырь в конце XVI века упоминался среди патриарших домовых монастырей, во второй половине XVII века имело место его кратковременное процветание, в 1764 году он был упразднён. В 1784 году из-за низкой доходности Покровской церкви игумен Боголюбова монастыря (к которому она была приписана) добился разрешения разобрать храм на строительный материал для возведения монастырской колокольни, однако недостаток средств не позволил начать работы^[19]. В 1803 году на старом каменном куполе была сооружена луковичная глава с железным покрытием, которая в значительной степени определяет облик храма и доныне^[20].