Церковь построена в 1770-х года под руководством архитектора Ю.М.Фельтена в традициях раннего русского классицизма. Инициатива создания Армянской церкви принадлежала тогдашнему главе Армянской общины в Петербурге и была одобрена Императрицей Екатериной II. Церковь стала центром армянской культуры в Петербурге: при ней была открыта типография и национальная школа, действующая и по сей день.
18 февраля 1780 года армянский архиепископ Иосиф (Аргутинский) в присутствии князя Г. А. Потемкина-Таврического совершил освящение храма во имя великомученицы Екатерины, небесной покровительницы Императрицы в память о благодеяниях императрицы Екатерины II, именным высочайшим указом от 2 мая 1770 года предоставившей для строительства армянской церкви принадлежавшую ей землю на Невском проспекте.