Армяне стали жить в Петербурге с момента его основания. В 1770 году глава общины И.Л. Лазарев получил разрешение Екатерины II на постройку храма, который и воздвиг на Невском проспекте за свой счет. Храм освящен в 1780 году в честь великомученицы Екатерины - небесной покровительницы императрицы. Дома вокруг церкви также построены И.Л. Лазаревым.
Архитектор Ю.М. Фельтен спроектировал здание в стиле классицизма с элементами барокко - ионические капители и ангелочки. У церкви - один купол над круглым барабаном. Главный вход, выходящий на Невский проспект, украшен портиком с колоннами. Рельеф фронтона изображает сюжет из истории Армении - сцену крещения царя Трдата III католикосом Григором.