Храм заложен 9 мая 1858 года владыкой Иннокентием Вениаминовым в присутствии генерала-губернатора Н.Н. Муравьёва. Кафедральный собор в честь Благовещения Пресвятой Богородицы был освящен в 1864 году. В 1924 году храм сгорел.
Кафедральный собор во имя «Благовещения Пресвятой Богородицы» был заложен 9 мая (21 мая по н. ст.) 1858 года. Согласно приказу № 11 по Забайкальскому казачьему войску от 21 мая 1858 года «по случаю заложения храма в Устье-Зейской станице Его Высокопревосходительство господин генерал-губернатор изволил переименовать оную в станицу Благовещенскую».
Н.Н. Муравьев возложил строительство церквей на Амуре на Б. К. Кукеля, с которым генерал-губернатор встретился и познакомился в Иркутске. В Благовещенск Б.К. Кукель прибыл 25 июня 1859 года. К этому времени соборный храм уже был заложен. В диссонанс с этим в своих воспоминаниях Б.К. Кукель писал, что после приезда в город он «немедленно приступил к закладке соборной церкви и к постройке архиерейского дома с небольшой при нем церковью на устье р. Зеи, на месте, выбранном лично Преосвященным Иннокентием».
Все так понятное до этого момента становится абсолютно непонятным и запутанным. Зачем «немедленно приступать к закладке соборной церкви» в 1859 году, если она уже была заложена в 1858? Все оказалось намного проще и печальнее, чем можно было бы предположить, если бы это оказалось простой ошибкой, путаницей в дате. Недостающее звено в последовательности событий восстанавливается благодаря письму святителя Иннокентия к Н.Н. Муравьеву-Амурскому от 9 ноября 1860 года: «Собор же, заложенный нами в 1858 году, срыт, и на месте оного начата строиться небольшая церковь без всякого предварительного извещения меня. Во всяком другом месте это возбудило бы немало переписки, но я уже не гонюсь за тем…». В словах святителя чувствуется горечь по поводу пренебрежительного отношения к духовным властям в Восточной Сибири со стороны светских, что было невозможно для епархий на европейской территории России. Ведь собор уже был заложен и освящен, когда по распоряжению светских властей, без согласования с духовными властями, он был срыт и фактически заложен вновь, хотя строительство храмов являлось прерогативой именно духовных властей.
Но, тем не менее, собор строился. Интересно, что иконы для многих первых церквей на Амуре писали ссыльные. Так, для Албазинской, Иннокентьевской, Екатерино-Никольской, Кумарской, а также для соборной в Благовещенске писал ссыльный Семен Григорьев, который следовал в г. Николаевск.
Побывавший в области в 1863 году Д.И. Стахеев писал: «…за городом возвышалась на берегу новая постройка деревянного собора, долженствовавшего заменить собою ту часовню, в которой была устроена временная церковь. Этот собор потому строится за городом, что предполагается в последствии заселить город верст на пять в окружности, тогда, следовательно, собор будет в самом центре города … если только город заселится».
В 1864 году 11 апреля состоялось освящение Кафедрального собора. Опасения Д.И. Стахеева по поводу того, «заселится» ли город оказались напрасными, город заселялся чрезвычайно быстрыми темпами. Кстати, собор действительно оказался в центре города, в квадрате улиц Благовещенской — Большой — Садовой — Набережной (ныне Пионерская — Ленина — 50 лет Октября — Краснофлотская, т.е. территория площади им. Ленина).
К 1896 году в Благовещенске действовало уже шесть церквей Николаевская, Кафедральный собор, кладбищенская Страшносудская, Покрово-Иннокентие-Николаевская, тюремная Николаевская, Михайло-Архангельская. Но они не могли обеспечить удовлетворение духовных потребностей населения города, имевшего стабильную тенденцию к увеличению.
Корреспонденты «Камчатских епархиальных ведомостей» не раз обращали внимание на малую вместительность храмов города, сетовали, что особенно в праздничные дни многим не удается попасть на службу, люди стоят на улице, дожидаясь счастливой возможности попасть в храм. Однако строительство новых храмов требовало значительных затрат, кроме того, никак не удавалось завершить строительство каменного собора, заложенного еще в 1880 году. Поэтому вполне объясним выбор более простого, дешевого и быстрого способа увеличения вместительности храмов не путем строительства нового, а достройкой боковых приделов к деревянному кафедральному собору. Ремонт осуществлялся на церковные средства, было использовано 7 тыс. рублей. Благодаря достройке собор мог принять до четырехсот человек, почти достигнув вместительности Покрово-Николаевского храма, самого обширного на тот момент.
Малое освящение собора после ремонта состоялось 28 августа 1896 года.
Шиндялов Н.А. История Благовещенска. 1856-1907. Очерки, документы, материалы/ Серия «Благовещенск. Из века в век». Благовещенск: ОАО «Амурская ярмарка», 2006.