Расположен вблизи дороги, ведущей к западу от Тбилиси, в середине селения, в огороженном дворе. Уже издали привлекает внимание устремленный ввысь купол, но по настоящему достоинста собора воспринимаются только при близком рассмотрении.
Уже в древности Самтависи суждено было стать епископским кафедралом – уже в VI веке здесь протекала деятельность одного из 13 ассирийских отцов св. Илариона. Без сомнения уже тогда там была церковь, вероятно та большая базилика, которая была раскопана недавно к югу от кафедрала.
Теперешнее сооружение относится уже к XI веку, точнее 1030 году и представляет собой купольный собор типа “вписанный крест”, возведенный из тесанного камня с четырбмя опорными колоннами, поддерживающего купол. Из высеченной надписи явствует, что она возведена епископом Иларионом, сыном местного сановника Ваче Канчаели.
Возможно Иларион Самтавийский был не только клириков но и зодчим, во всяком случае он вероятно самостоятельно возвел церковь в близлежащем селе Ашуриани, которая к сожалению, полностью видоизменена. Если это так, значит нам известна личность одного из выдающихся зодчих мастеров раннесредневековой Грузии.
Правда кафедрал Самтависи дошел до наших дней не в первоначальном виде. Но ничего не исказило его основной архитектурный облик. Он такой же стройный, легкий и возвышенный с исторической точки зрения он возглавляет целый ряд купольных грузинских церквей типа “вписанный крест. Его наружнее очертание приближено к квадрату, внутреннее пространство лаконично, вместе с тем благодаря оптическому пересечению арок и колонн достигается многообразие видов внутренних форм.
Особенно примечательно выполненный зодчим Самтависи декор восточного фасада, это издревле известное в Грузии изображение трех крестов, которое с VIII века обычно применяемое для увенчания алтарных стен и являлось символическим изображением Голгофы – здесь в Самтависи приобретает композиционное единство гармонично взаимосвязанных элементов. Указанное композиционное единство повторяется или варьируется на многих грузинских церквах. Впечатление от собора усиливается резным декором, который украшает наличники окон, кресты и “розы” венчающие верхние частти фасадов. Даже в X – XII веках, когда в Грузии было выполнено немало великолепных образцов резбы по камню, очень редко встречаются с таким мастерством выполненные растительные орнаменты, такое совершенство рисунка и совершенное исполнение.
Очень выразителен грифон, изваянный в углу восточного фасада, как хранитель креста – “древа познания”, т.е. рая. Внутри собора в алтаре имеется роспись XVII века – выполненная епископом Самтавийским Мелитоном. Тогда же были возведены крепостные ворота с возведенной на них колокольней и епископксий дворец-резиденция.
