С основанием церкви именно на этом месте связана легенда, развивающая традиционный для вятского, удмуртcкого края мотив противостояния язычества и православия. Легенда была изложена протоиереем Благовещенского собора А.И. Чернишевским:
«На холме, где Благовещенский собор, у них был чум, т.е. крепкий с полом и потолком амбар, где хранили сенокосные орудия, провизию, мед из бортей. Здесь, по сказанию стариков этой деревни, за десять лет до основания завода по временам начали они слышать гул, как бы от звона в колокол, чего прежде ни было. То вотяки начали толковать, что здесь будет некогда церковь христианская и сокрушит их чтилища, где так удобно было им приносить жертвы Кереметю».
Грамота на будущую церковь была подписана епископом Казанским Гавриилом 19 февраля 1759 года. А освятили её уже 15 октября 1760 года во имя святого Димитрия, митрополита Ростовского. Первая церковь в поселке — Дмитриевская — была деревянной. Послужила постройка 14 лет, пока не была сожжена и разграблена войсками Емельяна Пугачева. Храм стоял посреди поселка на месте, занимаемом ныне центральной площадью города. В 1764 году было разрешено построить новую придельную теплую церковь – Дмитровскую с Благовещенским приделом. В июне 1774 года храм был разграблен.
14 мая 1775 года по прошению главного командира Гороблагодатских и Камских заводов полковника Акима Обольяновича была выдана храмозданная грамота на «новую деревянную церковь». Церковь была освящена в 1775 году. Население заводского поселка росло, и маленькая церквушка не могла вместить всех пришедших на богослужение. Кроме вмещаемости, у храма прогнила крыша и дождь проникал внутрь.
28 сентября 1810 года шесть заводских служащих, в том числе художник Яков Дудин, ходатайствовали перед властями: «Надо на ее месте строить каменную церковь». Вскоре мешавшая строительству обветшавшая деревянная Дмитровская церковь была перенесена на нагорное кладбище, где была перестроена и в 1820 году переосвещена во имя Преображения Господня. В ноябре 1811 года священник Василий Георгиевич Блинов, приехавший из Ижевска, был инициатором строительства. Став с 1812 года благочинным и протоиереем, он особенно энергично добивался возведения каменного храма, приличного для большого города-завода. Поэтому в 1816 году на ее месте начали возводить обширный Благовещенский собор.
6 октября 1815 года епископом Вятским Гедеоном была подписана храмозданая грамота. 12 октября 1815 года последовал соответствующий указ Вятской духовной консистории. Признавалось, что завод «по именному Его императорского Величества указу, 10 декабря 1813 года сравнен с главными горными заводами, а по штату Горного положения, высочайше конфирмованному 13 июля 1806 года, главном заводе всегда определялся протопоп, каковой при Воткинском заводе уже и имеется на лицо, и два священника, два дьякона, шесть причетников. А потому, писалось далее в указе, воткинскую церковь и наименовать собором Благовещенья Божьей Матери и везде показывать и писать, о чем и послать в Сарапульское духовное правление».
