К 1901 г. в Феофании проживали схиигумен, иеросхимонах, шесть иеромонахов, пять иеродиаконов, девять монахов и около 70 послушников. После кончины схиигумена Иринарха (ум. 25 мая 1905 г.) обязанности строителя в 1905–1906 гг. исполнял иеромонах Леонид (Яроцкий). Его трудами был заложен собор великомученика Пантелеимона по проекту епархиального архитектора Евгения Фёдоровича Ермакова. В 1906 г. строителем скита стал иеромонах Софроний (Гаркуша), при котором была начата постройка нового здания странноприимного дома. 1 июня 1914 г. митрополит Киевский и Галицкий Флавиан (Городецкий) освятил главный престол пятикупольного Пантелеимоновского собора. 26 февраля 1915 г. скит Феофания был преобразован в самостоятельный общежительный Феофаниевский Пантелеимоновский монастырь, первым настоятелем избран игумен Софроний (Гаркуша). 27 августа 1917 г. его сменил игумен Серапион (Ременюк), бывший казначей. К этому времени на территории монастыря насчитывалось больше 50 зданий разного назначения и проживало около 50 монахов и больше сотни послушников. После установления на Украине советской власти монастырское имущество, согласно декрету Правительства УССР «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» (1919 г.), перешло в государственную собственность, однако монахи продолжали проживать на территории обители. Кроме того, в Киевский во имя великомученика Пантелеимона женский монастырь переселялись иноки и инокини из закрывавшихся монастырей. В 1921 г. на территории обители была зарегистрирована сельскохозяйственная артель «Земледелие». В 1925 г. хутор Феофания перешёл в распоряжение Губернской комиссии помощи детям. Здесь сформировали детскую сельскохозяйственную колонию, а также разместили хозяйство рабочей кооперации – скотный двор и птицеферму. Вместе с тем четыре церкви бывшей обители продолжали действовать. На 1 января 1929 г. в Феофании проживали 69 монахов и 22 монахини. Решением секретариата президиума ВУЦИК от 15 сентября 1930 г. все церкви в Феофании были закрыты, а монастырские помещения переданы агрошколе и социалистическому рабочему кооперативу. Всех монашествующих принудительно выселили с территории бывшего монастыря. В дни обороны Киева в 1941 г. на крыше Пантелеимоновского собора были устроены огневые точки, и храм пострадал от миномётного огня. Пожар повредил и бывшую гостиницу. По некоторым сведениям, в 1944 г. в Феофании совершал богослужения священник Афанасий. После освобождения Киева в 1944 г. территория Феофании была передана Академии Наук УССР. В бывшей церкви Всех святых действовал Институт механики АН УССР, в 1970 гг. к храму пристроили новые производственные помещения. Руины Пантелеимоновского собора использовались как лабораторное помещение. Здание бывшей монастырской гостиницы в конце 1940 – 1950 гг. занимал Институт электротехники АН УССР, где под руководством директора института академика Сергея Алексеевича Лебедева находилась исследовательская лаборатория по созданию первой в СССР и в континентальной Европе цифровой вычислительной машины.