Церковь монастыря Св. Гаянэ была построена в 630 г., во время правления католикоса Езра I Паражнакертци, на месте часовни во имя Св. девы-настоятельницы Гаянэ, заложенной Св. Григорием Просветителем еще в 301 г., служившей гробницей, содержащей мощи дев-мучениц и местом молитвы.
За свою историю монастырь претерпел некоторые архитектурно-строительные изменения. До сих пор неизвестно, как выглядел храм до 1653 г. – до реконструкции, проведенной католикосом Филиппосом I Агбакеци. Последний после ряда строительных работ обновил также часовню под Главным алтарем и алтарный жертвенник.
Примерно через двадцать пять лет монастырь снова ремонтируется, на этот раз уже католикосом Егиазаром I Айнтапци. Были подвергнуты изменениям зонтичное перекрытие храмового купола и, частично, барабан. У западной стены храма в 1688 г. был построен просторный и красивый трехарочный притвор. Монастырь был обнесен каменной оградой, были построены монашеские кельи и хозяйственный дом. Католикос Акоб V Шамахеци обновил притвор монастыря. При Симеоне Ереванци, в 1764 г., с западной стороны храма было построено подземное помещение под названием «магаца», служившее морозильным погребом.
Следующий основательный ремонт был осуществлен уже в период правления католикоса Геворга IV Констанднуполсеци (Константинопольского), когда настоятелем монастыря Св. Гаянэ был назначен архимандрит (вардапет) Ваан Бастамянц. При католикосе Айрике Хримяне были отремонтированы крыша и пол монастырского храма. В период патриаршего правления Вазгена I ремонтные работы продолжились. Частичные ремонтные работы в монастыре проводились также во время правления Католикоса Всех Армян Гарегина II, в 2004 году.
В средние века монастырь был видным религиозным и научным центром. Несмотря на персидские, арабские, монгольские и турецкие вторжения, а также политические, экономические и социальные беспорядки, он оставался одним из центров культуры и духовной мысли. В 2000 г. он был включен в список мировых культурных ценностей ЮНЕСКО.