Собор, возвышавшийся на восточной окраине Ани, был после вышгорода вторым значительным ориентиром города. Его строительство по проекту талантливого придворного архитектора Багратидов Трдата было начато в 989 г., при жизни Смбата II Багратуни, и завершено в 1001 г. супругой Гагика I — царицей Катрамидэ.
Храм относится к созданному в Армении ещё в VII веке типу купольных базилик, несколько развитому и видоизменённому. Строгое и выразительное решение наружных стен собора несколько смягчается их декоративным убранством: аркатурой на парных тоненьких полуколонках, врезанными в стены нишами с богато отделанными завершениями, изящной резьбой, оконными обрамлениями, энергично выступающими портиками входов и т. д.
Характер интерьера собора в целом отличается динамичностью и стройностью пилонов, поддерживающих лёгкие, как бы парящие над внутренним пространством стрельчатые арки и своды. Широкая перспектива центрального нефа завершается алтарной абсидой, обработанной внутри девятью полукруглыми в плане нишами. Четыре мощных и широко расставленных пилона поддерживали купол, рухнувший в 1319 году.
Высокие архитектурно-художественные достоинства собора, ставшего важной вехой в развитии церковной архитектуры Армении, получили высокую оценку европейских учёных (Й. Стржиговский и др.), считавших, что в интерьере этого храма были применены принципы, получившие дальнейшее развитие в готической архитектуре, широко распространившейся в XII—XIV вв. в странах Западной Европы