قلعهٔ گارنی، در سده سوم پیش از میلاد، در دورهٔ حکومت دودمان اَروَندی بنا شده‌است. در زمان جنگ‌های ایران و روم، در سده اول میلادی، قلعه به اشغال نیروهای روم به فرماندهی جنائوس دومیتیوس کوربولو درآمد که آن را ویران کرد اما پس از عقد پیمان راندیا در ۶۲ میلادی، نرون امپراتور روم، هزینهٔ بازسازی قلعه را پرداخت و تیرداد یکم پادشاه ارمنستان، در ۷۵ میلادی اقدام به بازسازی قلعه و بنای ساختمان‌های کاخ و معبد مهر در آن کرد که سنگ‌نوشته‌هایی نیز به زبان یونانی باستان در این خصوص از وی به دست آمده است.[۱][۲] در ۳۰۱ میلادی، مسیحیت دین رسمی ارمنستان اعلام شد و کلیهٔ معابد ویران یا تبدیل به کلیسا شدند اما به علت نامعلومی معبد گارنی دست نخورده باقی ماند. موسی خورنی، در کتاب تاریخ ارمنستان، به استفاده از این معبد به منزلهٔ کاخ خصوصی خسرو-ویدوخت، خواهر تیرداد سوم، پادشاه ارمنستان، پس از رسمی شدن دین مسیحیت در ارمنستان اشاره کرده‌است.[۳]

در سده‌های چهارم و پنجم میلادی کمی دورتر از معبد، در سمت شمال غربی آن و در شرق ساختمان‌های کاخ، نمازخانهٔ بسیار کوچکی به شکل بازیلیکا بنا شد که ویرانه‌های آن هنوز در محل باقی است. در دورهٔ تسلط ساسانیان بر ارمنستان، قلعه تبدیل به قرارگاه نظامی شد اما در ۵۹۱ میلادی با تقسیم ارمنستان بین امپراتوری‌های ایران و روم قلعه به صورت پایگاه نظامی رومیان درآمد. با استقلال ارمنستان، در سده نهم میلادی و پایان تسلط اعراب، به دستور آشوت یکم قلعه بازسازی شد و دوباره مورد استفاده قرار گرفت. در پایان سده نهم میلادی، به دستور «جاثلیق ماشتوتس یغیوارتسی» کلیسایی با پلان دایره‌ای شکل با قطر بیست متر در مجاورت معبد و نمازخانه بنا شد که بخشی از ویرانه‌های کاخ در زیر آن قرار گرفت.[۴]

با سقوط دودمان باگراتونی (بغ‌دادی) قلعه چندین بار بین امپراتوری روم شرقی، سلجوقیان، گرجی‌ها و ارمنیان دست به دست شد تا اینکه در سده سیزدهم میلادی مغولها آن را اشغال و ویران کردند اما معبد گارنی همچنان پابرجا باقی ماند تا اینکه بر اثر زلزلهٔ مهیب ۴ ژوئن ۱۶۷۹ میلادی به کلی ویران شد.