Точной даты основания монастыря до сих пор неизвестно. Однако имеются некоторые сведения, что уже в X-XI ст. количество монахов в монастыре достигало нескольких сотен человек. Предположительно, это были армянские священнослужители, которых изгнал из Византии император Роман Лакапин.
Первое здание храма Сурб-Аствацацин на этом месте было построено по приказу армянского царя Аббаса Багратунина примерно в первой половине X ст. Крестовокупольный храм с четырьмя приделами сложен из полутесаного базальта. Сохранившиеся фрагменты штукатурки с некоторыми элементами росписи позволяют предположить, что церковный интерьер украшали стенописи. За всю историю церкви ее неоднократно ремонтировали и частично перестраивали. Так, в 1652 г. был установлен купол.
Самым крупным памятником Санаина является церковь Аменапркич, служившая в Х ст. кафедральным собором Лорийского царства. От храма Сурб-Аствацацин церковь Аменапркич отличается только кладкой, выполненной из гладко тесаных кусков базальта. Главной достопримечательностью данной церкви считается скульптурная группа, представленная в виде царей Кюрике и Смбата, держащих в руках модель церкви. В 1061 г. немного восточнее храма Богородицы построили небольшую часовню Сурб Григор.
Оригинальными произведениями гражданской архитектуры Армении считаются Академия и Книгохранилище Санаина, построенные в XI ст. Еще одно монументальное сооружение — колокольня — представляет собой квадратную в основании трехэтажную башню с шестигранной ротондой, где висели колокола. Рядом с главным комплексом находится усыпальница семьи Захаридов.
