15 февраля 1997 года, в день Сретения Господня, на перекрёстке улицы Комсомольской и Рёлочного переулка было освящено место для строительства главного храма Благовещенской епархии, кафедрального собора, и установлен крест. В 1998 году на этом месте провели археологические раскопки, в ходе которых обнаружили предметы быта и захоронения: первого священника Амурской области протоиерея Александра Сизого, военного доктора Михаила Давыдова и неизвестных мужчины и женщины. Останки были перезахоронены в 2002 году у апсиды новопостроенного храма, до этого они хранились в областном краеведческом музее. Соборное место имеет историческое значение. В 1857 году здесь, на возвышенности, казаки-первопроходцы построили первый дом города и Свято-Никольскую церковь, а в 1879 году рядом появилась первая каменная церковь Покрова Божией Матери. Новый Благовещенский кафедральный собор был возведён по образцу этой Покровской церкви. Археологи также нашли старое кирпичное основание флагштока, на месте которого установили стальную мачту с российским флагом в память о флаге Российской империи, поднятом генерал-губернатором Восточной Сибири Н. Н. Муравьёвым-Амурским и архиепископом Камчатским Иннокентием (Вениаминовым) в честь присоединения Дальнего Востока к России. В 2009 году здесь был установлен памятник в их честь.

Трёхпрестольный собор имеет крестообразный план. Главный алтарь посвящён Благовещению Пресвятой Богородицы, а два придела, святителю Николаю-чудотворцу и святителю Иннокентию (Вениаминову). Храм украшен семью золочёными куполами, а восьмой купол венчает колокольню. Самый большой колокол весит 1280 кг и имеет диаметр 1,2 м. Высота главного купола до основания креста, 38,85 м, а высота колокольни, 32,5 м. Храм вмещает 540 человек. В цокольном помещении расположен баптистерий с бассейном для крещения взрослых.

В 2012 году собор обновили и украсили новыми иконами, а Албазинская икона Божией Матери была перенесена в отдельный придел. В 2015 году для увеличения вместимости к входу в храм пристроили новый застеклённый притвор.