Находилась в юрисдикции Пекинской духовной миссии в Харбине. Храм первоначально (1903–1918) существовал в виде т.н. «фаршированного барака», построенного за государственный счет. В 1918 она сгорела. На ее месте в 1919 была выстроена новая небольшая церковь по проекту арх. С. А. Венсана. Третье здание Благовещенского храма проектировал и строил архитектор Б. М. Тустановский, выигравший конкурс, объявленный в 1930 (в нем кроме него участвовали инженеры Н. В. Никифоров и П. Ф. Федоровский).

Митрополит Мелетий сказал на освящении храма в 1941: «Храм этот является памятником всей русской эмиграции, свидетельствующий, что все русские люди, изгнанные из своей страны, сохраняют и в чужой стране самое главное – веру Христову и любовь к храму Божьему».

Полусферический купол на огромном световом барабане перекрывает храмовое пространство. Арки барабана постепенно переходят к купольному покрытию. Объем церкви – в одной связи с колокольней. Праздничный оттенок художественному образу храма придавала декоративная «полосатая» кладка, что было одним из известных приемов архитектурной обработки фасадов храмов в византийском стиле. Благовещенская церковь стала самым поздним произведением византийского стиля в истории русской архитектуры, в том числе и за рубежом. Но замечательна она не только этим, но и оригинальным решением художественного образа и конструкций. Силуэт храма сформирован доминирующим центральным куполом и небольшим куполом колокольни над главным входом. Ветви пространственного креста, перекрытые сводами, выступают из объема храма. С востока примыкает необычно большая полукруглая апсида со сводчатым покрытием. Декор фасадов обращен к формам романского зодчества, что является довольно необычным приемом для храмов в византийском стиле. Хотя до Тустановского, в России уже применялись перекрещивающиеся арки, поддерживающие в храмах купола больших пролетов вместо традиционного крестово-купольного перекрытия, можно говорить, что харбинский зодчий здесь выступил как новатор. Он усовершенствовал внедренную в русскую архитектуру в конце XIX в. новую систему перекрытия, а именно: разработал оригинальный способ укрепления арок и эллиптических перекрытий для условий сейсмики. Венчающие храм кресты выполнили И. Ф. Ардатов и И. И. Савуцкий.

«Храм поражал своей грандиозностью и редкой декоративностью, удивительной гармонией форм и величественностью. Внутреннее убранство храма, выполненное в небесно-голубых тонах, было великолепным. Залитое солнечными лучами, проникающими через узкие окна под куполом, огромное пространство храма вселяло светлое молитвенное настроение». Роспись подкупольного пространства (копия работ В. М. Васнецова в Киевском Владимирском соборе) и алтарной стены (копия работы А. Т. Маркова в том же соборе) выполнил иконописец П. С. Задорожный; картину «Страшный суд» – худ. П. В. Николин-Тепляков, «Четыре евангелиста» – Н. Я. Лотов, «Вход Господен в Иерусалим» – Е. М. Лобачев, «Проповедь Господа с лодки» – Е. В. Галченков, проект иконостаса – архитектор Е. А. Уласовец. Над стенными росписями трудились также художники М. М. Лобанов, Н. И. Орлик, А. Е. Степанов.

В 1960-е в здании закрытого Благовещенского собора был устроен цирк, затем его переоборудовали в отель, а потом он был разрушен.