Զվարթնոցի տաճարը կառուցվել է այն ժամանակ, երբ Հայաստանը գտնվում էր բյուզանդական տիրապետության տակ, և նոր էին սկսվել արաբական արշավանքները։ Մայր տաճարի շինարարական աշխատանքները սկսել են 643 թվականին Ամենայն հայոց կաթողիկոս Ներսես Շինարարի առաջնորդության տարիներին։ Զվարթնոցի տաճարը կառուցվել է այն վայրում, որտեղ միմյանց են հանդիպել Տրդատ Մեծը և Սուրբ Գրիգոր Լուսավորիչը։ Ըստ Մովսես Կաղանկատվացու՝ Զվարթնոցն օծվել է 652 թվականին՝ հարակից հայրապետանոցով և պարիսպներով։ Զվարթնոցի տաճարի պատին Ներսես Տայեցին թողել է հունալեզու արձանագրություն, որտեղ նշել է «Ներսեսն է կառուցել, հիշեցեք»։

Վերոհիշյալի մասին պատմում է նաև Հովհան Մամիկոնյան պատմիչը։

Արաբների կողմից Դվինի գրավումից հետո խառնակ իրադրություն ստեղծվեց երկրի արևելյան շրջաններում։ Ներսես թագավորը կաթողիկոսական աթոռը Դվինից տեղափոխեց Զվարթնոց։

Զվարթնոցի տաճարը կանգուն է մնացել մինչև 10-րդ դարը։ Գագիկ I Բագրատունու կառավարման տարիներին տաճարի կրկնօրինակն է ստեղծվում նաև Անիում։