Храм в Багаване своими размерами сопоставим с соборами Двина, Талина, Звартноца. И.А. Орбели приводит размеры Багаван: длина более 46 м, ширина более 27 м и высота около 20 м (не считая купола). В центре крестово-купольной композиции – купольный квадрат (сторона 10,5 м) на четырёх массивных столбах. С востока к наосу, протяжённому по оси с запада на восток, примыкала развитая алтарная часть с широкой главной апсидой и фланкирующими её крестообразными пастофориями, завершёнными полукруглыми апсидами. За подкупольными столбами у продольных стен находились пилястры, которым снаружи соответствовали лопатки-контрфорсы. В их толще были расположены лестницы, ведущие на крышу и в систему надсводных помещений. Выдержанный в строгих формах и почти лишённый декора внешний облик здания контрастировал с хорошо освещённым внутренним пространством и вызывал ассоциации с собором Святой Софии в Константинополе. Храм имел пять дверей и 45 окон (не считая тех, которые были сделаны в барабане купола), шесть из них находились в апсиде. Структура размещения окон на фасадах, аналогичная их расположению в юстиниановских храмах Константинополя, нашла в дальнейшем развитие в величественных армянских соборах второй половины VII в. (Аруч, Талин). В XVIII в. был заново возведён северо-западный угол храма и построен новый купол взамен рухнувшего. Исследователям неизвестно, был ли храм расписан. Историограф Ованнес Драсханакертци, излагая события, происшедшие при католикосе Овабе Двнеци (790–791 гг.), когда арабский наместник с целью захвата богатого убранства храма оклеветал и умертвил более сорока монахов Багавана, отмечал наличие в храме ценной утвари: «При виде красоты и весьма благолепного убранства богом созданного храма – золота и серебра, покрывала (святыни), переливающегося разными цветами, утвари и облачений (араб. наместник), возбуждаемый нечестивой алчностью, принялся лукавой мыслью своей изыскивать способы, дабы овладеть священными дарами». Монастырь обладал большим собранием рукописей, которые ещё в середине XIX в. хранились в надсводных помещениях храма, а затем были расхищены или уничтожены в период Русско-турецкой войны 1877–1878 гг.