Кафедральный храм Святого Григория Просветителя был построен католикосом Нерсесом IV Строителем в 641-661 году на месте встречи Святого Григория Просветителя и царя Армении Трдата III Великого. Собор был разрушен в X веке и найден во время раскопок в начале XX столетия. Согласно реставратору и историку архитектуры Торосу Тораманяну, структура храма представляла новый, для традиционной армянской архитектуры стиль – центрально-купольный храм, круглый в плане, разделенный на три яруса по высоте, имеющие разный диаметр. Три апсиды нижнего яруса формировались рядами колонн, образуя галереи, в то время как восточная апсида - алтарная стена декорировалась фресками. Апсиды примыкали к четырем мощным колоннам-пилонам в центре, которые являлись главными несущими элементами сооружения, образуя крест. Колонны декорированы скульптурами орлов, в то время как ключевая тема в орнаменте стен – лоза винограда и гранат.
Кафедральный храм в Звартноце стал вершиной мастерства средневекового армянского искусства и оставил неизгладимый след в истории армянской храмовой архитектуре.