Wybudowana przez Ormian w latach 1356–1363 na miejscu XII-wiecznej drewnianej świątyni, która spłonęła w 1353 roku. Rozbudowana po unii z Rzymem w 1630 roku, kiedy to powstała nawa główna, a wcześniejsza świątynia zaczęła pełnić rolę prezbiterium. Nawa została podniesiona w latach 1723–1731, kiedy też powstał przedsionek w wnętrze otrzymało barokowe wyposażenie. Na początku XX wieku nowym arcybiskupem lwowskim obrządku ormiańskiego został Józef Teofil Teodorowicz, który podjął decyzję o przebudowie i renowacji katedry „w duchu ormiańskim”. W wyniku prac, które z przerwami trwały do 1938 roku m.in. rozbudowano katedrę w kierunku zachodnim (według planów Franciszka Mączyńskiego), umieszczono w kopule mozaikę zaprojektowaną przez Józefa Mehoffera, a na ścianach powstały malowidła Jana Henryka Rosena (1925-1929). Po II wojnie światowej katedra pełniła rolę magazynów Lwowskiej Galerii Obrazów. Na początku XXI wieku świątynia została przekazana diecezji Apostolskiego Kościoła Ormiańskiego. Od 2006 roku w katedrze rozpoczęły się prace konserwatorskie, które w znacznej części finansowane są przez polskie ministerstwo kultury.