Часть икон, написанных В.Л. Боровиковским для иконостаса (великомученицы Екатерины, равноапостольного Константина, равноапостольной Елены), он заменил собственными копиями (иконы великомученицы Екатерины письма В.Л. Боровиковского и равноапостольного Константина, равноапостольной Елены письма И.А. Тюрина – в Русском музее; иконы великомученицы Екатерины, преподобных Антония и Феодосия Печерских письма И.А. Тюрина – в музее истории религий). И.А. Тюрин написал также большую Казанскую икону Божьей Матери, помещённую снаружи на алтарной апсиде (икона на медной доске весила более 320 кг.). В 1864–1866 гг. серебряных дел мастер В.В. Верховский реставрировал иконостасы. Собор ремонтировали в 1882 г., 1892–1893 гг., 1895 г. (ремонт колоннады и барельефов). Значительные ремонтные работы с устройством ризницы в 1892 г. планировал провести архитектор Альфред Александрович Парланд. Рекомендации о покрытии купола давал Дмитрий Иванович Менделеев. В 1903 г. храм был электрифицирован. Тогда же предполагалась постройка при соборе колокольни с церковью в честь Фёдоровской иконы Божьей Матери (проект архитектора Николая Никитича Никонова, приуроченный к 300-летию Дома Романовых, не осуществлён). В 1911 г. архитектором Казанского собора был назначен епархиальный архитектор Андрей Петрович Аплаксин. К 100-летию возведения собора он осуществил реставрацию храма и издал самое полное его описание. Храмовый образ (Казанская икона Божьей Матери) написан на кипарисовой доске (55,6х53,3 см). Список с явленной в 1579 г. иконы привезла в Санкт-Петербург, как полагают исследователи, в 1708 г. вдова царя Ивана V Алексеевича царица Прасковья Фёдоровна. Первоначальная золотая риза к Казанской иконе была пожертвована императрицей Анной Иоанновной. Ко дню освящения собора для Казанской иконы была изготовлена новая риза из червонного золота с драгоценными камнями: 1432 алмаза, три бриллианта-солитера, 1665 бриллиантов, 638 рубинов, сапфиры, кораллы, изумруды, жемчуг и др. стоимостью до 100 тыс. руб. (не сохранились). Половину камней пожертвовали императрицы Елизавета Алексеевна и Мария Фёдоровна. Исследователи полагают, что тогда же были написаны десять клейм («икон-картин»), посвящённых истории обретения иконы в Казани (не сохранились, воссозданы). В алтаре храма находилось Евангелие, подаренное собору императрицей Елизаветой Петровной, весом более 33 кг, в серебряном позолоченном окладе, изготовленном в 1787 г. по рисунку Ивана Ивановича и Алексея Ивановича Бельских; золотые потир и дискос, украшенные алмазами, рубинами и янтарём, были переданы в собор от императрицы Марии Фёдоровны в день освящения собора. Резьбу по мамонтовой кости дискоса, ручки и подножия потира императрица выполнила собственноручно. В день освящения собора граф А.С. Строганов преподнёс дарохранительницу на главный престол в виде небольшого храма в стиле ампир с 16 колоннами, выполненную в 1805–1809 гг. из уральских самоцветов по проекту А.Н. Воронихина (музей архитектуры имени А.В. Щусева), художники Дмитрий Иванович Евреинов, П. Иванов, скульптор Павел Петрович Соколов (ныне на главном престоле собора, на хранении в музее истории религий). А.С. Строганов подарил также потир и дискос, украшенные платиной (Д.И. Евреинов, музей истории религий).