В дореволюционный период икона, несмотря на свою известность, отражённую в многочисленных публикациях о Владимире и его святынях, не привлекала внимания исследователей средневекового искусства. Она не упоминается в трудах Николая Петровича Лихачёва и Никодима Павловича Кондакова по иконографии Богоматери; единственным посвящённым ей исследованием стала опубликованная в 1914 г. статья Василия Михеевича Борина. Исследователям известна акварельная копия иконы, исполненная в 1859 г. Фёдором Григорьевичем Солнцевым (Институт истории материальной культуры), на которой показаны именующая надпись над фигурой митрополита Максима и поздний охристый фон, однако исследователям неизвестно, мог ли Ф.Г. Солнцев видеть образ без оклада. Как одно из древнейших известных к началу XX в. произведений русского средневекового искусства со сравнительно точной датировкой, икона заинтересовала сотрудников Комиссии по сохранению и реставрации древней живописи в России, которые ещё до поступления Максимовской иконы в музей организовали её первую реставрацию в июле-сентябре 1918 г., совпавшую по времени с реставрацией других выдающихся произведений средневековой живописи в храмах Владимира (Боголюбской иконы Божьей Матери (XII в.); Владимирской иконы Божьей Матери (начало XV в.) из владимирского Успенского собора; росписей Успенского и Димитриевского соборов). Под наблюдением Александра Ивановича Анисимова, Василия Тимофеевича Георгиевского и Игоря Эммануиловича Грабаря реставраторы Фёдор Александрович Модоров, Павел Иванович Юкин, Василий Егорович Горохов, Иван Андреевич Баранов раскрыли Максимовскую икону, расчисткой руководил Григорий Осипович Чириков. После снятия оклада выяснилось, что грунт и живопись иконы находятся в руинированном состоянии. После укрепления иконы в ходе расчистки обнаружили два слоя прописей, датированные XVI–XVII и XVIII вв., значительные утраты авторской живописи на ликах и одеждах и почти полное отсутствие первоначального серебряного фона. 22 августа (4 сентября) 1918 г. в Успенском соборе раскрытая икона с залитыми воском утратами была покрыта олифой и, как отмечено в документах, «приведена в окончательный вид». В процессе работы велась фотофиксация (в настоящее время снимки не выявлены). Повторные реставрационные работы, которые проводились в 1961–1967 гг. во Всероссийском художественном научно-реставрационном центре В.П. Малышевым и А.Н. Барановой, получили неоднозначную оценку специалистов. В конце XX в. интерес к иконе возрос в связи с активизацией исследований русской живописи XIII в. и искусства палеологовской эпохи. Монографическое изучение Максимовской иконы как памятника среднерусской живописи рубежа XIII и XIV вв. с уникальной иконографией, проливающего свет на развитие искусства этого периода, осуществлено в 1990 гг. Энгелиной Сергеевной Смирновой; интерпретация иконографии продолжена Александром Сергеевичем Преображенским. Алексей Владимирович Сиренов исследовал и опубликовал (1998 г.) тексты XVII в., связанные с историей почитания Максимовской иконы и святителя Максима. В 2010 г. Максимовская икона стала одним из ключевых экспонатов выставки «Святая Русь» (Париж, Лувр) и аналогичной выставки в Третьяковской галерее (2011 г.). Вместе с Владимирской (начало XV в.) и Киккской иконами Божьей Матери (1675 г., иконописец Симон Ушаков) Максимовская икона находится в одной из постоянных экспозиций Государственного Владимиро-Суздальского музея-заповедника (Владимир, здание Присутственных мест).