Первое серьёзное исследование памятника было произведено во второй половине 1940 гг. сотрудником Сектора архитектуры Института истории и теории архитектуры Академии архитектуры СССР А.С. Фуфаевым. Он детально исследовал всю древнюю часть памятника, обнаружил остатки фрески XVI в., черепицу XVI–XVII вв., выполнил тщательные обмеры и эскиз реконструкции, выявил сходство деталей Богородице-Рождественского собора с архитектурой московских Благовещенского и Покровского соборов и соборов Андроникова и Чудова монастырей и др. В 1957 г. всестороннее исследование с зондажами и шурфами провёл А.А. Афанасьев, который составил проект реставрации. По его проекту следовало полностью снять кровлю XVII в., открыв систему трифолиев, переходящих в ряды кокошников вокруг барабана. В 1968 г. под руководством архитектора Ильенковой была проведена реставрация собора, во время к-рой, в частности, установлено, что в диаконнике сохранился первоначальный придел, найден фрагмент покрытия чернолощеной черепицей. Эскизный проект Н.В. Ильенковой предполагал полное восстановление первоначального вида собора, однако по различным причинам ограничились лишь фрагментарной реставрацией. Сохранив пристройки XIX – начала ХХ вв., архитекторы отказались от восстановления звонницы. По аналогам были восстановлены церковная главка над южным приделом и некоторые окна середины XVI в. в центральных закомарах. Внутри сохраняемой поздней пристройки были полностью восстановлены фасады древней части собора с декоративными узорчатыми порталами. Во время реставрации остатки росписи начала XIX в. были сбиты, а стены оголены до камня. Оставлен небольшой фрагмент росписи конца XVIII в. в барабане между окнами. В северо-восточной части собора со стороны Никольского придела на стене уцелели граффити середины XVI в. с именами монахинь. В отреставрированном четверике собора после реставрации был размещён архив одного из НИИ столицы. В 1989 г. собор был возвращён РПЦ. 21 сентября 1991 г. его посетил Патриарх Московский и всея Руси Алексий II (Ридигер). К середине 1990 гг. в соборном Свято-Духовском приделе был установлен трёхъярусный иконостас, настелены дубовые полы. В ноябре 1995 г. патриарх Алексий II (Ридигер) освятил престол в этом приделе. В соборе установлены пятиярусный иконостас с новонаписанными иконами, резное игуменское место. В нижнем местном ряду иконостаса находятся, в частности, иконы Божьей Матери «Державная», святых князей Бориса и Глеба, Царственных страстотерпцев; на столбах и на стенах различные иконы, в том числе преподобной Софии Суздальской с частицей её мощей, большой Боголюбский образ Божьей Матери.