Благовещенский храм в селе Дунилово был основан в XVII веке как часть мужской Успенской Пустыни, учрежденной боярином Федором Абрамовичем Лопухиным, отцом царицы Евдокии Лопухиной. Первоначально обитель включала два деревянных храма — Успенский и Покровский, освященных в честь соответствующих праздников. В 1725 году монастырь был приписан к Юрьев-Польскому Архангельскому монастырю, а позднее передан под управление Николо-Шартомской обители.
В 1764 году, в ходе секуляризационной реформы Екатерины II, Успенская Пустынь была упразднена. Ее имущество перешло к Дуниловскому Благовещенскому женскому монастырю, а деревянные постройки впоследствии сгорели. В начале XIX века на месте прежней пустыни возвели два каменных храма — летний Успенский (освящен в 1819 году) и зимний Покровский (1848 год).
Благовещенский храм, как и другие церкви Дунилова, в советский период был закрыт. На территории монастырского комплекса размещался психоневрологический интернат, а Покровский храм использовался как больничная палата. В 1991 году здесь был учрежден Свято-Успенский женский монастырь, начавший восстановление храмового ансамбля. В 1995 году все сохранившиеся храмы села Дунилово, включая Благовещенский, были переданы в ведение монастыря.
Архитектурный облик Благовещенского храма сочетает элементы классицизма и барокко. Первоначально в храме находилась чудотворная Смоленская икона Божией Матери. В ходе реставрационных работ 1990-х годов были восстановлены купола и колокольня, а в 1996 году установлен 16-пудовый колокол, доставленный из Тутаева.