Монастырский комплекс Мармашен расположен в Шираке, на левом берегу реки Ахурян, рядом с Вахрамабердом. Он состоит из нескольких церквей, хозяйственных построек и вспомогательных сооружений, из которых до наших дней сохранились пять церквей.
Главным сооружением комплекса является Катогике — церковь Пресвятой Богородицы. Великая надпись Вахрама Пахлавуни, сохранившаяся на южном фасаде здания, является основным первоисточником по истории монастыря. Согласно надписи, строительство велось в 988–1029 годах и было завершено по инициативе Вахрама, князя князей: «Я, ВАХРАМ, КНЯЗЬ КНЯЗЕЙ, ПОСТРОИЛ МОНАСТЫРЬ МАРМАШЕН В 1029 ГОДУ».
Катогике представляет собой купольный зал. Его купол опирается на четыре арки, пендентивы и массивные пилоны. К характерным элементам внешних фасадов относятся аркады, опирающиеся на парные полуколонны, глубокие треугольные ниши и резные капители.
Примерно в 2,5 м к северу от Катогике стоит вторая церковь. Она меньше по размеру, чем главная церковь, и сегодня в ней сохранились в основном южная и восточная стены, а также некоторые участки крыши.
Третья церковь расположена примерно в 11 м к югу от Катогике. Это сооружение с центральным куполом и крестообразным планом, архитектурное решение которого существенно отличается от главной и северной церквей.
К западу от гавита в ходе раскопок было обнаружено одно из самых необычных сооружений комплекса — круглая церковь. От неё сохранились в основном фундаментная стена и нижние ряды стен.
К северу от основного комплекса располагался Верхний, или Малый, Мармашен. Именно здесь первоначально находилось надгробное сооружение Софии, супруги Вахрама Пахлавуни, датируемое 1015 годом.
К западу от Катогике находился гавит-ризница, от которой сохранились фрагменты стен и колонн.
В ходе раскопок 1972–73 годов в Мармашене было обнаружено несколько десятков хачкаров. Хачкары также найдены на кладбище к северу от церкви Катогике в Мармашене.
Рядом с северной церковью Мармашенского монастыря были также найдены две византийские монеты — одна диаметром 2,7 см, а другая — 5 см — принадлежавшие императору Константину VIII.
