Головним архітектурним пам'ятником в Ечміадзині звичайно ж є однойменний Кафедральний собор - найдавніший християнський храм Вірменії, один з перших в усьому християнському світі. Перший камінь у фундамент цього храму, за переказами, був закладений в 301 році Григорієм Просвітителем - першим Католикосом Вірменської церкви.
Головний вірменський храм, закладений в IV столітті, будувався не одне століття.
Спочатку Кафедральний собор Ечміадзін був побудований з дерева в формі базиліки. Але вже в 483 році був перебудований, йому була надана хрестоподібна форма, увінчана куполом. У VII столітті Собор був перебудований у камені. У XVII столітті над собором звели новий сучасний купол і триярусний дзвіницю. У XVIII столітті з трьох сторін собору були зведені шестиколонним ротонди.
Внутрішній розпис собору, завершена в XVIII столітті, вражає візантійської розкішшю і являє собою різноманітний рослинний орнамент, виконаний в оранжево-червоних і синьо-фіолетових тонах. Крім орнаментів і інших прикрас художник написав багато сцен на теми святого писання, зробив понад 120 портретів із зображеннями святих і апостолів. Протягом наступних років багато хто з фресок були знищені. У ХХ столітті була здійснена ґрунтовна реставрація. Були укріплені колони і арки, що підтримують купол, а сам купол був облицьований свинцем. З мармуру був побудований новий вівтар. Мармуром був замощений і підлогу церкви. Датою оновлення і доповнені розпису всередині храму. Безліч хачкарів встановлено в нішах стін.
Головна особливість собору - це те, що крім головного, в ньому знаходиться ще три вівтаря. Два з них знаходяться в південній і північній нішах. Останній же розташувався в центрі собору і є скоріше святим місцем, куди, за переказами, зійшов Христос у своєму явищі Григорію Просвітителю і повелів звести тут храм саме тут.
У 2001 р, коли Вірменія святкувала 1700-річчя прийняття християнства, Папа - Іоанн Павло II привіз до Вірменії мощі першого вірменського Католикоса. П'ятсот років мощі Святого Григорія Просвітителя зберігалися в Неаполі, а зараз знаходяться в кафедральному соборі Ечміадзіна.
