Katedra ormiańska należy do najcenniejszych zabytków Lwowa – jedynego miasta w Europie, w którym przed II wojną światową rezydowało trzech arcybiskupów katolickich (obrządku łacińskiego, greckiego i ormiańskiego). To unikatowy przykład nawarstwiania się tradycji i stylów na przestrzeni prawie 600 lat.

Najstarsza część – bazylika krzyżowo-kopułowa – została wybudowana w II połowie XIV w. na planie krzyża greckiego, w stylu typowym dla średniowiecznej architektury sakralnej Armenii i Krymu. Od XVI w. świątynię stopniowo powiększano. Przystąpienie w połowie XVII w. przez Ormian lwowskich do unii ze Stolicą Apostolską oraz pożary, parokrotnie niszczące katedrę w XVII i XVIII w., wpłynęły na stopniową latynizację jej wnętrza.

W ciągu XIX w. niewielka społeczność Ormian polskich w Galicji Wschodniej i na Bukowinie uległa prawie całkowitej polonizacji. Pojawiły się wtedy głosy podważające celowość utrzymania dla nich odrębności wyznaniowej. Tendencjom tym sprzeciwiał się m.in. ks. Józef Teodorowicz (1864-1938), ostatni arcybiskup ormiański Lwowa. Podjął się on dzieła przebudowy katedry i jej najbliższego otoczenia. Głównym założeniem tego projektu było przywrócenie świątyni „ducha ormiańskiego”. Najbardziej efektownym elementem przebudowy wnętrza katedry były malowidła ścienne Jana Henryka Rosena i mozaiki Józefa Mehoffera.

W malowidłach ściennych Rosena (wykonanych w latach 1925-1929) twarze postaci noszą rysy ważnych osób ówczesnego Kościoła lub księży i wiernych parafii katedralnej. W malowidle „Ukrzyżowanie” św. Tomasz z Akwinu ma twarz arcybiskupa Teodorowicza, a św. Mateusz z malowidła „Ustanowienie Najświętszego Sakramentu” – ks. Dionizego Kajetanowicza, ówczesnego proboszcza parafii katedralnej. Najwięcej emocji wzbudza dzieło „Pogrzeb św. Odilona” (patrona dusz zmarłych). To niezwykle oryginalna kompozycja, w której mnichom niosącym trumnę towarzyszą duchy zmarłych, zaznaczone konturowo, białą kreską.

Po II wojnie światowej i likwidacji archidiecezji lwowskiej obrządku ormiańskiego, katedra służyła jako magazyn muzealny. W 2000 r. świątynię przekazano w użytkowanie Apostolskiemu Kościołowi Ormiańskiemu (nieuznającemu zwierzchnictwa Stolicy Apostolskiej). Od 2006 r. w katedrze ormiańskiej trwają prace konserwatorskie, które mają na celu przywrócenie świątyni jej dawnego blasku. Finansuje je Ministerstwo Kultury i Dziedzictwa Narodowego RP, a od 2018 r. także Instytut POLONIKA.