Архитектурно собор представлял собой пятиглавый храм с колокольней, украшенный разноцветными керамическими изразцами — уникальным элементом для сибирской храмовой архитектуры. Внутреннее убранство включало расписной иконостас с образами Господа Саваофа, Господа Вседержителя и Трех Святителей.
В 1886 году при соборе была открыта женская церковная школа, а к 1913 году при храме действовала также церковно-приходская школа. В 1913 году Благовещенский собор утратил статус соборного храма Тюмени, который был присвоен Знаменскому храму.
В декабре 1929 года храм был закрыт и передан окружному краеведческому музею. В ночь с 13 на 14 июня 1932 года здание собора было взорвано, что объяснялось угрозой его обрушения в реку Туру. Разрушение храма привело к обрушению части берега и утрате значимой части культурного наследия города.
В 2001 году в Тюмени был зарегистрирован приход в честь Благовещения Пресвятой Богородицы. В связи с невозможностью восстановления собора на его историческом месте было принято решение о строительстве нового храма в сквере Депутатов. 7 апреля 2004 года, в праздник Благовещения, была обретена икона Благовещения Пресвятой Богородицы с царских врат разрушенного храма.
15 апреля 2004 года архиепископ Тобольский и Тюменский Димитрий освятил поклонный крест и земельный участок под строительство нового храма. 20 сентября того же года на участке была установлена часовня, освященная 9 января 2005 года. 7 апреля 2007 года состоялось освящение и забивка первой сваи под строительство храма, а 20 октября были заложены кирпичи, извлеченные из фундамента взорванного собора, в алтарную стену нового здания.
7 апреля 2009 года состоялось освящение крестов и поднятие купола на колокольню. В марте 2012 года на храм были подняты главный купол, крест и маковки. 11 мая 2013 года в нижнем приделе храма была совершена первая Божественная литургия. 25 апреля 2014 года состоялась первая Божественная литургия в верхнем храме собора.
