La cathédrale Saint-Etchmiadzine est le plus ancien édifice chrétien arménien.
Elle possède de beaux témoignages de la sculpture arménienne chrétienne avec par exemple un bas-relief représentant saint Paul et sainte Thècle ainsi que des oiseaux et une croix. Sourp Etchmiadzin abrite trois reliques : celle de la lance de la Passion, la main de saint Grégoire, et du bois de l'arche de Noé.
Selon la légende, le nom d'Etchmiadzine, qui signifie « Descente du Fils unique », proviendrait de la vision de St. Grégoire l'Illuminateur auquel un être terrifiant serait apparu pour lui indiquer l'emplacement de la cathédrale: « Et sur les croix de ces quatre colonnes, s'unirent des arcs étonnants. Et sur cela je vis un édifice fait de nuages en forme de baldaquin à coupole, étonnante création divine ».
La cathédrale d’Etchmiadzine était à l’origine une basilique voûtée.
Mais elle fut gravement endommagée à l’occasion de soulèvements politiques, et prit son actuel plan cruciforme au cours des travaux de restauration ordonnés par Vahan Mamikonian, gouverneur d’Arménie en 480.
En 618, le catholicos Komitas fit remplacer la coupole de bois par une autre identique, mais en pierre cette fois, soutenue par quatre énormes piliers indépendants reliés par des arcades élancées aux parois extérieures.
Celles situées du côté nord datent des IVe et Ve siècles. Cette structure subsiste quasiment intacte.
Au XVIIe siècle, un campanile de trois étages fut construit en face de l’entrée ouest. Les rotondes à six colonnes, sur des bases à quatre piliers, construites au début du XVIIIe siècle sur les absides nord, est et sud, donnent à la cathédrale un aspect à cinq coupoles.
Ces édifices ne comportent pas de contreforts apparents, les 4 absides opposées ainsi que des pilastres robustes internes ou externes apportent la solidité nécessaire à l'ensemble. On parle de plan en tétraconque.
De nombreux Khachkars sont disposées le long de l'allée centrale du site.