На террасе, в долине реки Ахурян (Ширакский марз), немного ниже основного плато расположен средневековый монастырь Мармашен. Мармашенская обитель была основана в 988 году, строительство же в ней закончилось в 1029 году. Первой была сооружена малая северная церковь, которая по своему плану, формам и убранству не отличается от главного храма монастыря и, вероятно, служила образцом при его возведении. На южной стене главного храма сохранилась пространная строительная надпись прославленного военачальника князя Ваграма Пахлавуни.
С запада к главному храму примыкал притвор, сейчас от него сохранились лишь незначительные руины. Место притвора устлано надгробьями, есть также основания полагать, что на этом месте находилась и подлинная гробница князя Ваграма Пахлавуни. На расстоянии нескольких шагов от главного храма сохранились руины ещё одной церкви, возведённой позднее, вероятно в XIII веке. Территория монастыря окружена остатками грубо сложенной ограды, в которой можно обнаружить фрагменты древних монастырских построек, детали хачкаров, плиты со строительными надписями.
Главный храм Мармашена, его соборная церковь - прекрасное развитие композиционных черт армянской архитектуры конца X века, получивших своё выражение в кафедральном соборе Ани. Уравновешенные и гармоничные пропорции Мармашенского памятника являют собой полное, законченное и последовательное воплощение принципа крестово-купольности в купольной зале.
Новшества, однако, содержит не только композиция этого сооружения. Всё здание Мармашена, подобно собору в Ани, получило глубоко продуманное наружное и внутреннее убранство. Наружные фасады зодчий украсил сплошной аркатурой на парных полуколонках, образующих по углам пышные композиции.
Архитектурная тема соборной церкви Мармашена, несомненно, идущая от замечательных тем церкви Сурб Рипсиме в Вагаршапате и Анийского собора, - показывает, как в XI веке творчески перерабатывалось наследие армянской архитектурной классики.