XVII—XIX века
Первая церковь во имя Благовещения Пресвятой Богородицы основана около 1655 г., одновременно с Николаевской и Рождественской. Деревянный однопрестольный храм Залопанского прихода был выполнен в традиционных украинских трёхкупольных формах с отдельно стоящей деревянной рубленной колокольней и обнесён плетнём вместо ограды. Бурное развитие поселения дало толчок к расширению прихода: согласно Куряжским актам 1720 г. в штате церкви находятся уже двое священников. После крупного пожара в 1738 г. восстановлена в том же виде. Изображение сохранилось на плане города 1787 года.
Из священников этого периода известны: о. Алексей (Куряжские акты 1659 года), о. Павел (Куряжские акты 1701 и 1713 годов), Иоанн Матвеев (†1738 г.) и его сослуживец Автоном Захарьев (†1779 г.), Герасим Сливицкий и Петр Рожанский, его сослуживец прот. Матфей Рожанский.
Первая каменная Благовещенская церковь, 1846
В 1789 году был заложен новый каменный однокупольный храм в стиле раннего классицизма по проекту П. А. Ярославского, освящённый 8 сентября 1794 года. Как и все приходские церкви Харькова, был однопрестольным до 1830-х годов, когда рост населения вызвал необходимость расширения старых харьковских храмов. В 1836—1838 гг. были пристроены приделы во имя св. великомученика Иоанна Воина и св. великомученицы Варвары. Главным их устроителем был церковный староста купец Александр Дмитриевич Скрыпник. В 1844—1846 годах произведен капитальный ремонт. Старанием подполковника М. И. Батезатула главы на церкви, иконостас, горнее место, жертвенник и сень над престолом были вызолочены «лучшим червонным золотом».
В 1846—1863 годах церковь носила титул «градского собора». Описание согласно ведомости по харьковскому градскому благочинию за 1858 г.:
Церковь во имя Благовещения Пресвятой Богородицы зданием каменная, с каменной крепкой колокольнею. Имеет три престола: во имя Благовещения Пресвятой Богородицы (холодный), а последние два теплые. Утварью достаточна. Причта положено по штату: протоиерей, священник, диакон, дьячков — 2 и пономарей — 2. Земли при сей церкви никакой нет. На содержание священнослужителей жалованья не получается, а получают они доброхотные даяния прихожан. Приписаний к сей церкви нет. Домовая в сем приходе церковь во 2-й Харьковской мужской гимназии во имя преп. Сергия Радонежского (основана она в 1851 г., зданием тоже каменная). Настоятель — протоиерей Стефан Яковлевич сын Стефаневский. Число прихожан: мужчин — 484 чел., женщин 568.
В этом же году в связи со всё более увеличивавшимся ростом прихода был поднят вопрос о кардинальной реставрации храма, но остался открытым, а церковь была только несколько расширена. 22 ноября 1887 года по инициативе небольшого кружка именитых и зажиточных прихожан и с разрешения архиепископа Амвросия (Ключарева) состоялось расширенное собрание прихожан, на котором единодушно принято решение о строительстве нового храма.
Новый храм
Благовещенская церковь на открытке начала XX века
Торжественная закладка новой церкви была совершена 2 октября 1888 года рядом со старым храмом, действовавшим во время двенадцатилетнего строительства. По поручению строительного комитета проект был разработан архитектором Харьковского технологического института профессором М. И. Ловцовым, членом Благовещенского прихода. Финансирование строительства осуществлялось в основном за счёт многочисленных и щедрых пожертвований купцов, как харьковских, так и других городов. Все расходы по сооружению церкви и внутреннему убранству обошлись в 400 000 рублей, одного кирпича положено около 7 миллионов.
Смело экспериментируя в модном византийско-русском стиле с элементами эклектики, архитектор придаёт храму, увенчанному традиционным московским пятиглавием, древневизантийское полусферическое очертание и противопоставляет его массивному объёму (34 м лицевого фасада на 59 м высоты) лёгкость псевдоготической ярусной колокольни (80 м). Обилие деталей и полихромное решение фасадов с чередованием горизонтальных рядов красного кирпича и светлой штукатурки создают своеобразный запоминающийся облик храма.
Церковь была окончена и освящена в 1901 году. Тогда же снесён старый храм, из которого в новый были перенесены наиболее чтимые иконы Спасителя, Божией Матери, Николая Чудотворца, Иоанна Воина, великомученицы Варвары. Один из крупнейших храмов Российской империи вмещал около 4000 человек. Иконостас из белого каррарского мрамора был выполнен московским мастером В. И. Орловым. 29 икон главного иконостаса — А. Д. Данилевский (Санкт-Петербургская Императорская Академия художеств), иконы боковых иконостасов — М. Д. Михайлов, стенная роспись И.Н. Святенко (Харьков). Основные иконографические мотивы взяты из киевского Владимирского собора и отчасти из храма Христа Спасителя в Москве. Боковые апсиды, как и в прежней Благовещенской церкви, во имя святого великомученика Иоанна Воина и святой великомученицы Варвары. В цокольном крестильном храме престол в честь Всех Святых.
3 июля 1914 года церкви вновь присваивается статус «градского собора».