Ещё с XIV века на этой улице (ныне — Армянской) селились армяне. Благодаря им здесь и появился этот собор, первоначально называвшийся храмом Успения Пресвятой Девы Марии. Сегодня это один из старейших храмов Львова.
Армянская святыня (1356-1363 годы, архитектор Доринг) находится в центре архитектурного комплекса, состоящего из нескольких строений разных эпох: колокольни (1571 год, архитектор Петр Красовский), дворца архиепископа и дома бывшего женского монастыря армянских бенедиктинок (XVII век). Эти здания вокруг собора образуют три замкнутых дворика.
Подлинное сокровище храма — мозаики, выполненные Ю. Меххоффером в 1912 году, и росписи 20-х годов XX века Яна Розена. Стены собора украшены многочисленными эпитафиями выдающимся армянам Львова. А во дворе можно увидеть резную композицию «Голгофа» и декоративную колонну с фигурой святого Христофора (1726 год).
Во времена советской власти в армянском храме находилось вначале хранилище Львовской картинной галереи, а с 1953 года — хранилище Львовского музея им. В. И. Ленина. Общине армянской апостольской церкви собор вернули в 2000 году.