История не сохранила имён талантливых архитекторов, создавших этот замечательный памятник архитектуры. Благовещенский собор имеет сходство с Троицким собором Сергиевой Лавры, но был построен немного позже, в конце XV, начале XVI века, вероятно, в последние годы правления великого князя Ивана III. Позже Василий III, сын Ивана III, добавил в подклете Благовещенского собора придел Константина и Елены, посвящённый небесной покровительнице его второй жены Елены Глинской. Некоторые исследователи считают, что это произошло около 1530 года, когда Василий и Елена посетили Киржачский монастырь после рождения их долгожданного сына Ивана IV.

Благовещенский Киржачский собор, как и Троицкий собор Лавры, относится к памятникам московского зодчества благодаря своей архитектуре, размерам, гармонии пространственных соотношений и некоторым декоративным элементам. Его архитектура проста и одновременно величественна, создавая впечатление стройности и художественной цельности. Здание собора стоит на высоком подклете, где с южной стороны алтаря в медной гробнице покоились мощи преподобного Романа. На гробнице были выгравированы тропарь и кондак преподобному Роману. Верх гробницы украшал образ Преподобного, а надгробие, образ Живоначальной Троицы. Над гробницей возвышалась позолоченная сень с резьбой на четырех колоннах.

В настоящее время в подклете Благовещенского собора находится храм, престол которого освящён в честь преподобного Романа Киржачского, и там же покоятся его мощи.

Согласно описи церковного имущества XIX века, в то время иконостас Благовещенского храма был деревянным, трехъярусным, с 47 иконами, две из которых, Смоленской иконы Божией Матери и Благовещения Пресвятой Богородицы, были местными и украшены дорогими серебряными ризами. Нижние ярусы иконостаса украшали 12 позолоченных колонн с резьбой.

В 1963-1964 годах Благовещенский собор и храм Всемилостивого Спаса были отреставрированы по проекту, разработанному под руководством архитектора И.А. Столетова в научно-реставрационных мастерских Владимира. За два года работ собору установили новый купол и крест, покрытые лемехом. Из-за ветхости и в соответствии с концепцией восстановления храмов в их первоначальном виде, второй этаж галереи, соединявшей собор со Спасским храмом, был разобран, построены лестницы, отремонтированы дверные и оконные проёмы. Внутренние работы не проводились, ограничились внешней побелкой здания. После этого оно оставалось бесхозным ещё 20 лет.

В 1983 году городские власти Киржача планировали открыть музей в Благовещенском соборе. Однако из-за нарушений технологий при ремонтно-реставрационных работах 1980-1990-х годов монастырские храмы оказались в аварийном состоянии, и власти отказались от своих планов. В 1990 году Благовещенский собор был возвращён Русской Православной Церкви.