Церковь возведена в 1749–1763 годах вместо временного деревянного Благовещенского храма, построенного в 1740–1742 годы. Это — один из старейших храмов Петербурга и важнейших с архитектурной и градостроительной стороны. Церковь имела семь престолов — больше, чем любой другой столичный храм. С храмом связаны имена М. В. Ломоносова и В. К. Тредиаковского, игумении Феофании (Готовцовой) и странницы Дарьюшки (инокини Исидоры), святителя Николая Японского и священномученика Василия Сокольского.
Первый деревянный храм в северной части Васильевского острова был выстроен в 1741—1742 годах по проекту и под руководством Джузеппе Трезини. Храм простоял до 1763 года.
В середине 18 века богатые купцы И. С. и И. И. Чиркины решили построить новую двухэтажную каменную церковь. Церковь была заложена 24 мая 1750 года рядом с деревянной. По желанию заказчиков строящийся храм должен был быть похожим на строившийся Преображенский собор. Храм строился долго, службы начали проводить только в 1758 году.
Освящение церкви святителем Тихоном Задонским состоялось 15 сентября 1762 года.
В 1780-х годах к храму была пристроена четырёхъярусная колокольня.
В 1844—1854 годах церковь принадлежала Воскресенскому Новодевичьему монастырю.
В 1859 году храм был расписан художником Р. Ф. Виноградовым.
В 1862 году в честь столетия церкви при ней было открыто первое в городе приходское Общество вспоможения бедным. Оно располагало богадельней, приютом для девочек, школой и дешёвыми квартирами.
В 1899 году архитектором М. Ф. Еремеевым была сооружена шатровая часовня.
В марте 1936 года храм был закрыт, помещение использовалось под склад. Находившийся на хорах в приделе во имя Зачатия Иоанна Предтечи старинный иконостас в 1946 году был передан в открытую церковь Святой Троицы («Кулич и Пасха»), где он был установлен в центральном приделе.
В 1992 году Благовещенская церковь возвращена верующим, начались реставрационные работы. Сегодня службы совершаются в двух приделах храма: Крестовоздвиженском и Ильинском. Особо чтимые святыни Благовещенской церкви – две иконы святителя Тихона Задонского с частицами его мощей.