Константин Доримедонтович Покровский родился 11(23) мая 1868 г. в Нижнем Новгороде в семье священника. Окончил нижегородскую классическую гимназию, затем (в 1891 году) математическое отделение физико-математического факультета Московского университета. С 1891 г. — сверхштатный ассистент Астрономической обсерватории Московского университета. В 1890—1895 гг. — заведующий общедоступной частной обсерваторией О. Швабе в Москве. В 1896 г. назначен на должность астронома-наблюдателя в Юрьевский университет. Входил в состав членов первого научного астрономического общества в России — Нижегородского кружка любителей физики и астрономии. В 1902 г. защитил диссертацию на степень магистра астрономии на тему «Происхождение периодических комет». В 1906 г. был избран профессором астрономии вольной высшей школы в Санкт-Петербурге, одновременно продолжал работу в Юрьевском университете. В 1907 г. был избран на должность экстраординарного профессора Юрьевского университета. Директор Астрономической обсерватории Юрьевского университета (1908—1915).
В ноябре 1915 г. после защиты диссертации «Строение хвоста кометы 1910 I» К. Д. Покровский получил степень доктора астрономии и геодезии в Московском университете. В 1916 г. был назначен ординарным профессором Юрьевского университета и командирован в качестве и. о. ректора в Пермь для организации вновь открываемого там отделения Петроградского университета. После учреждения в Перми в 1917 г. университета он единогласно избирается его ректором. В 1919—1920 гг. читал лекции по астрономии в Томском университете. В 1920 г. был избран на должность старшего астронома Главной Российской обсерватории (ГРАО) в Пулкове, а также старшим руководителем военно-геодезического отдела Московского межевого института. Был избран почётным членом Русского общества любителей мироведения, входил в редколлегию журнала РОЛМ «Мироведение». В январе 1927 г. К. Д. Покровский был избран членом-корреспондентом АН СССР. В 1930—1932 гг. работал заместителем директора Пулковской обсерватории. Одновременно преподавал в Военно-инженерной академии, Ленинградском горном институте, Педагогическом институте имени А. И. Герцена. Неоднократно избирался председателем совета Ассоциации астрономов РСФСР.
С 1933 г. К. Д. Покровский — председатель Одесского отделения Всесоюзного астрономо-геодезического общества (ВАГО). Также был избран председателем Комиссии по строительству планетариев на Украине при АН УССР. С сентября 1934 г. — директор Астрономической обсерватории Одесского государственного университета. Заведующий кафедрой астрономии (с 1934 г.), декан физико-математического факультета ОГУ (1937—38).
К. Д. Покровский не мог эвакуироваться в начале Великой Отечественной войны по причине возраста (в 1941 г. ему было 73 года) и из-за болезни жены. Продолжал работать директором обсерватории и в университете. 15 сентября 1943 г. в «Институте антикоммунистической пропаганды» (открыт оккупационными властями при Одесском университете в мае 1943 г., с октября переименован в Институт социальных наук) прочёл лекцию «Скорбные страницы в истории Пулковской обсерватории». В ночь с 10 на 11 мая 1944 г. К. Д. Покровский был арестован отделом УНГБ по Одесской обл. по ст. 54-1а УК УССР (измена Родине). В постановлении на арест в качестве основного обвинения фигурировал факт прочтения Покровским лекции «Разгром большевиками Пулковской обсерватории» (см. «Пулковское дело»). Переведён 7 июля 1944 г. в следственную часть НКГБ УССР (г. Киев). Находился в тюрьме № 1 УНКВД Киевской обл. Умер в тюремной больнице 5 ноября 1944 г. Реабилитирован посмертно 27 июля 1993 г.
Научные интересы К. Д. Покровского были многогранны. Он занимался и теоретическими, и сугубо экспериментальными вопросами. Изучению ряда комет и планет, связи комет с метеорными потоками, физическому объяснению движения материи в хвостах комет было посвящено не менее 100 его публикаций в отечественных и зарубежных журналах. Им издан ряд популярных работ по астрономии.
В Юрьеве под его руководством строится новое здание обсерватории, приобретаются новые инструменты, организуются экспедиции для наблюдения затмения Солнца.
В Пулковской обсерватории К. Д. Покровский проводит на 15-дюймовом рефракторе наблюдения комет, малых планет, двойных звёзд.
Под руководством К. Д. Покровского в Одесском университете была восстановлена кафедра астрономии и открыта аспирантура при ней. Проводились наблюдения двойных звёзд в целях изучения законов их движения, изучались связи метеоров с их родительскими кометами, проводились исследования Солнца в основном по данным наблюдений затмений, спектрофотометрия звёзд. До начала войны К. Д. Покровскому удалось издать два тома трудов одесских астрономов.
В Пермском государственном университете с 1992 г. для лучших студентов учреждена именная стипендия в честь Константина Доримедонтовича Покровского.