В 1970-х были выполнены инженерные и общестроительные работы, проведена большая работа по подготовке к реставрации внутреннего убранства. Непосредственно реставрация самого храма началась в начале 80-х годов, первый этап которой закончился в 1997 году.

19 августа 1997 года, ровно через 90 лет после освящения, музей-памятник «Спас-на-Крови» открылся для посетителей.

23 мая 2004 года митрополитом Санкт-Петербургским Владимиром (Котляровым) в соборе была отслужена первая после более чем 70-летнего перерыва литургия.