В 1992 году, по благословению епископа Иркутского Вадима (Лазебного), в Саянске был основан православный приход. В том же году для пастырского окормления общины в город был направлен иерей Алексий Середин. В 1995 году местной православной общине был выделен участок для строительства храма. До завершения строительства богослужения временно проводились во втором этаже Дома детского творчества.
Строительство храма началось в 1993 году. В качестве архитектурного образца была выбрана Варваринская церковь XVI–XVII веков из деревни Яндомозеро в Карелии. Это деревянное сооружение шатрового типа с двумя высокими башенными куполами. Благовещенский храм стал единственным деревянным зданием в Саянске, выполненным из калиброванного бруса, обработанного методом встречного фрезерования. Крыша храма покрыта черепицей.
7 января 2000 года состоялось первое богослужение в нижнем приделе строящегося храма. В 2003 году строительные работы были завершены. 9 февраля 2003 года архиепископ Иркутский и Ангарский Вадим (Лазебный) совершил чин великого освящения храма во имя Благовещения Пресвятой Богородицы.
С образованием в 2011 году Саянской епархии Благовещенский храм получил статус кафедрального собора. С 2016 года настоятелем храма является правящий архиерей Саянской епархии.
Храм имеет два придела: верхний, освященный в честь Благовещения Пресвятой Богородицы, используется для праздничных служб; нижний, освященный в честь Архангела Гавриила, предназначен для повседневных богослужений. Верхний придел отличается высокими потолками (от 9,5 до 11 метров), расписанными художницей Галиной Новиковой. Иконостас украшен резьбой по дереву, выполненной мастером Александром Марковым, а иконы написаны художниками Владимиро-Суздальской иконописной школы под руководством Сергея Фролова. Деревянная Голгофа с изображением сибирских святых изготовлена насельниками Свято-Данилова монастыря города Москвы.
Колокольня храма состоит из пяти этажей, каждый площадью 100 квадратных метров. Восемь колоколов были отлиты в Каменск-Уральске; самый большой из них весит 1380 кг. Колокола украшены орнаментом, выполненным по эскизам художника Андрея Ворожейкина. Набор колоколов был приобретен в 1999 году на пожертвования трудового коллектива и руководства АО "Саянскхимпром" и доставлен транспортом этого предприятия.
Приход храма активно участвует в социальной и культурной жизни города. Ежегодно проводятся конкурсы рождественского рисунка для детей, а также конкурсы декоративно-прикладного творчества "Пасхальный подарок". При настоятеле протоиерее Алексее Середине в храме действовала театральная студия, выступавшая как на городской сцене, так и в областном центре. До 2016 года на территории прихода функционировало отделение паллиативной помощи Иркутского областного онкологического центра. С марта 2017 года в освободившемся здании размещается епархиальный Центр гуманитарной помощи женщинам.
