Powstała budowla nawiązywała stylem do architektury kolonii ormiańskich na Krymie, widoczne też były wpływy grecko-bizantyńskie. Jako materiału budowlanego użyto kamienia ciosanego, spajanego wapnem. Do elementów przejętych z rodzimej architektury należały: apsyda boczna, wnęki w ścianach bocznych o charakterystycznym, klinowatym kształcie i system dekoracyjnych, ślepych arkad, stanowiących element zdobniczy zewnętrznych ścian budowli sakralnych Armenii. Katedrę zbudowano na planie krzyża równoramiennego. Była to świątynia w typie bazyliki, trzynawowa z transeptem, o wymiarach 15 × 12,5 m. Nawa środkowa miała 5 m szerokości, nawy boczne po 1,7 m. Mury, grube na 1,4 m, zbudowano z surowego kamienia, spajanego wapnem i oblicowanego na zewnątrz i wewnątrz okładzinami. Pod tym względem katedra ormiańska bardzo różniła się od innych XIV-wiecznych świątyń Lwowa, zbudowanych w stylu gotyckim z czerwonej, nie otynkowanej cegły. Na zamknięciu każdej z naw zbudowano apsydy. Na skrzyżowaniu nawy głównej z transeptem wzniesiono kopułę wspartą na dwunastobocznym bębnie. Ściany oblicowano ciosem a dach pokryto płytami kamiennymi. Od frontu zbudowano niewielki przedsionek, tzw. dżamadun. Ornamentyka budowli zachowała motyw winnej latorośli, powszechny w armeńskim budownictwie;