29 ноября 1990 г. настоятелем собора был назначен игумен Сергий (Кузьмин). 25 декабря того же года в соборе состоялось освидетельствование мощей Серафима Саровского, 28 февраля 1991 г. – Иоасафа Белгородского. 25 мая 1991 г. в левом приделе возобновились постоянные богослужения, с 1992 г. – в главном приделе. 30 апреля 1994 г. на купол был установлен крест высотой около 5 м и весом 335 кг, отлитый на Канонерском заводе. 21 июля 1996 г. после пятилетнего перерыва прошла архиерейская служба: литургию отслужил митрополит Санкт-Петербургский и Ладожский Владимир (Котляров), ему сослужил новый настоятель Казанского собора протоиерей Павел Красноцветов. С 1997 г. действует Попечительский совет Казанского собора. 29 марта 1998 г. митрополит Владимир освятил главный престол, к осени был восстановлен алтарь придела Рождества Богородицы. В июне 1999 г. установлен каркас иконостаса, в марте следующего года для увеличения площади алтаря его разрешено было сдвинуть к солее. 9 декабря 1999 г. из русского Александро-Невского храма в Бизерте (Тунис) в собор передали Андреевский флаг с одного из кораблей эскадры Черноморского флота, ушедшей из Севастополя в 1920 г. 14 декабря 1999 г. состоялась официальная передача собора Санкт-Петербургской епархии. С 31 декабря 1999 г. Казанский собор, согласно указу патриарха Алексия II, получил статус кафедрального собора Санкт-Петербургской епархии. В собор возвращены иконы, которые находились на хранении в Русском музее, в частности, три запрестольных образа (в 1992 г.), иконы святителей Василия Великого (1811 г.) и Григория Богослова (1809–1812 гг.) письма В.К. Шебуева, находящиеся на восточных пилонах (ещё один образ В.К. Шебуева – «Иоанн Златоуст» в музее истории религий). Большинство икон воссоздаваемых полностью главного и северного иконостасов и частично южного пишутся по образцу прежних в мастерской церковно-исторической живописи Института живописи, скульптуры и архитектуры имени Ильи Ефимовича Репина под руководством профессора Александра Константиновича Крылова. На историческое место (с левой стороны от царских врат главного иконостаса) была установлена Казанская икона Божьей Матери, возвращённая из Князь-Владимирского собора Санкт-Петербурга в июле 2001 г. 20–25 сентября 2011 г. состоялись торжества и конференция, посвящённые 200-летию собора, которые возглавил Патриарх Московский и всея Руси Кирилл (Гундяев). К 200-летнему юбилею в собор были пожертвованы частицы мощей св. праотцев Иоакима и Анны и часть пояса Пресвятой Богородицы из Ватопедского монастыря. От лица православных врачей Москвы собору вручили мозаичную Казанскую икону Божьей Матери. В настоящее время перед правым клиросом находятся мощевики с частицами мощей апостола Петра, св. Лазаря, епископа Китийского, св. князя Владимира Новгородского, святых Петра и Февронии Муромских, Иосифа Волоцкого, Димитрия Ростовского, св. новомучеников и исповедников Агафангела Ярославского, Константина Богородицкого. Почитаются иконы Божьей Матери «Млекопитательница», Николая Чудотворца, митрополита Московского Петра, царицы Александры и мученицы Лидии. Из Тихвинской церкви посёлка Сиверский возвращена Казанская икона Божьей Матери в окладе, выполненном в русском стиле, которая была пожертвована в Казанский собор подрядчиком А. Седовым в 1892 г. в память о трёх осуществлённых им в соборе ремонтах (1874–1875 гг.). К 2011 г. в значительной степени были восстановлены все три придела. Совершаются ежедневные утренние и вечерние богослужения.