۱۷ آوریل ۱۹۳۷ پس از یک سال بررسی بنای کلیسای جدید، جلسه‌ای با حضور معماران ارمنی تشکیل شد و در آن قرار شد «نیکلای لائوری» با بودجه شصت هزار تومانی، طرح کلیسا را ارائه کند. در این بین، آقای «رومان عیسی‌یان» هم هزینه بنای کلیسا را تقبل کرد و در نهایت از «نیکلای مارکف» معمار شهیر روس‌تبار خواستند با بودجه‌ای یکصد هزار تومانی کلیسا را بنا کند. سرانجام ساخت کلیسای مریم مقدس در سال ۱۳۲۴ خورشیدی (۱۹۴۵ میلادی) پایان یافت.
این کلیسا اولین کلیسای جامع ارامنه تهران از سال‌های ۱۳۲۴ (۱۹۴۵ میلادی) تا ۱۳۴۹ (۱۹۷۰) بود. بناهای مربوط به خلیفه‌گری ارامنه تهران و محل سکونت اسقف اعظم نیز در محدوده این کلیسا قرار داشته است. بعدها این دو واحد به محوطه کلیسای سرکیس مقدس تهران منتقل شدند
ساختمان این کلیسا متعلق به دوره پهلوی است و در مساحتی ۵۵۰ متر مربعی بنا شد. پلان کلیسا صلیبی شکل است که این فرم هم از داخل و هم از بیرون بنا حس می‌شود. محراب طبق سنت کلیساهای ارامنه در سمت شرق قرار دارد. محراب کلیسا سه پنجره دارد و در دو سمت آن، اتاق‌های کوچکی به صورت قرینه قرار دارند که درهای آنها به درون نمازخانه اصلی باز می‌شوند.
بالای نمازخانه گنبد اصلی دوازده ضلعی با دوازده نورگیر قرار دارد که متأثر از معماری بیزانسی است و در گرجستان و روسیه رواج داشته. در غرب بنا گنبد کوچک دیگری است که از آن به عنوان ناقوسخانه کلیسا استفاده می‌کنند.
کلیسا سه در ورودی دارد. در اصلی در منتهی‌الیه سمت غربی آن و مقابل محراب قرار دارد که یک سردر بزرگ با دو ستون دارد. بالای سردر اصلی سنگ‌نوشته‌ای در ارتباط با بنای کلیسا و سازنده آن نصب شده است. در قسمت فوقانی در، به سمت داخل کلیسا، بالکنی تعبیه شده که در زیر ناقوسخانه قرار دارد و جهت استقرار گروه کر کلیسا استفاده می‌شود.
بر دیوارهای سه سمت کلیسا نورگیرهای بزرگ تعبیه شده‌اند. در حالی‌که نورگیرهای دیوار غربی کوچک‌تر و در بالای سردر اصلی است. بر دیوارهای شرقی؛ شمالی و جنوبی داخل کلیسا فرورفتگی سراسری از بالای دیوار تا سطح صفه به شکل سه‌گوش به چشم می‌خورد. در قسمت بالایی این سه گوش‌ها حجاری به شکل نیم دایره قرار دارد که اقتباسی از معماری قرون وسطای ارمنستان است. فرورفتگی‌ها، بر سطح خارجی دیوارها سایه‌روشن ایجاد می‌کنند. در سطح خارجی بنا، قسمت بالایی پنجره‌ها و حاشیه انتهایی قسمت فوقانی دیوارها، حجاری‌هایی اجرا شده‌اند. درچهار سمت کلیسا و بالای این حجاری‌ها، حجاری‌هایی به شکل صلیب نیز دیده می‌شوند.
دو تن از مشاهیر ارمنی، یپرم داوید داویدیان، معروف به یپرم‌خان ارمنی (۱۸۶۸ ـ ۱۹۱۲ میلادی) و هوهانس خان ماسحیان (۱۸۶۴ – ۱۹۳۱ میلادی) در محوطه این کلیسا به خواب ابدی رفته‌اند.
یکی از ساختمان‌های محوطه، موزه‌ی آرداک مانوکیان (مشهور به موزه‌ی مردم‌شناسی ارامنه) است که نام آن به یاد خلیفه فقید ارامنه تهران، انتخاب شد. این ساختمان، در آبان ماه سال ۱۳۸۷ (نوامبر ۲۰۰۸ میلادی) به دست جاثلیق اعظم آرام یکم افتتاح شد. این موزه شامل مجموعه‌هایی از تصاویر و نقشه‌های کلیساها و دیرهای ارمنی‌های ایران، لوازم و ادوات مورد استفاده در مراسم کلیسا، کتب خطی با محتوای دینی، لباس‌های سنتی زنان ارمنی، مدارک و لوازم شخصی اسقف اعظم آرداک مانوکیان و گلچینی از آثار هنرمندان ارمنی ایران است
پس از انتقال خلیفه‌گری از ساختمان کناری این کلیسا، به محل کلیسای سرکیس مقدس، انجمن‌های خیریه، آموزشی و تحقیقاتی در ساختمان‌های اطراف کلیسا مستقر شدند و این مکان به یک مرکز مذهبی و فرهنگی برای ارمنیان تهران تبدیل شد. کلیسای مریم مقدس در تاریخ ۱۲ بهمن ۱۳۸۱ با شماره ثبت ۷۲۳۷ به عنوان یکی از آثار ملی ایران به ثبت رسیده‌است
