Реставрационные рентгенограммы показали многочисленные следы крепления деталей драгоценного убора иконы, в том числе накладных звёзд на одежде Богоматери. Эти данные согласуются с летописными известиями о богато украшенных иконах, поставленных князем Андреем в дворцовой церкви Боголюбова. По мнению Ирины Анатольевны Стерлиговой, для Боголюбской иконы могла предназначаться золотая «городчатая» коруна с жемчугом и драгоценными камнями (конец XII – первая треть XIII в.; музеи Московского Кремля), позднее входившая в состав убора одноимённой иконы из Благовещенского собора Московского Кремля. Остатки серебряной басмы XVI в. на Боголюбской иконе, зафиксированные на фотографии начала XX в. (опубликованы Никодимом Павловичем Кондаковым), также могут считаться свидетельством почитания и поновления иконы. В 1820 г. жители Владимира украсили икону сплошным серебряным окладом, который во второй половине XIX в. был дополнен чеканным изображением Боголюбского монастыря в правом нижнем углу; текст на свитке в руках Богоматери на окладе XIX в. был следующим: «Владыко многомилостиве, Сыне и Боже Мой, молю Тя, да пребудет Божественная благодать на людех Твоих и светозарный луч славы Твоея да нисходит выну на место, Мною избранное». В 1860 гг. икону поновлял иконописец Иван Иванович Шорохов, в 1900 г. образ был «исправлен» на средства А.А. Шишкиной. В этот период на икону под оклад была надета срачица, отверстия для ликов и рук были закрыты слюдой. В августе 1918 г. икона была освобождена от оклада и громоздкого киота и частично раскрыта реставраторами Комиссии по сохранению и реставрации памятников древней живописи в России во главе с Григорием Осиповичем Чириковым (1882–1936 гг.) под наблюдением Александра Ивановича Анисимова (1877–1937 гг.), Василия Тимофеевича Георгиевского (1861–1923 гг.) и Игоря Эммануиловича Грабаря (1871–1960 гг.), которые констатировали её плохую сохранность. Дополнительные работы по укреплению и расчистке Боголюбской иконы проводились в реставрационной мастерской И.Э. Грабаря в 1946 г. (Фёдор Александрович Модоров), 1956 г. (Николай Андреевич Баранов) и 1958–1976 гг. под руководством Николая Николаевича Померанцева (реставраторы: Н.А. Баранов, с 1963 г. – Марина Васильевна Романова). В результате были раскрыты лик Богоматери, частично Её одежды, деисусный чин на верхнем поле, фрагменты первоначальной живописи на позёме и полях. На изображении свитка оставлена запись XIX в. Несмотря на многочисленные утраты, вставки позднего грунта и живописи, реставрационные тонировки, изображение лика Богоматери указывает на близость иконы к образцам столичной византийской живописи XII в. и позволяет исследователям предположить, что её создателем был греческий иконописец или русский мастер, хорошо знакомый с современным ему византийским искусством. Точная датировка Боголюбской иконы затруднена, поскольку в древнейших письменных источниках сведения о ней отсутствуют. Принято считать, что чудотворный образ был создан около 1158 г., т.е. в период правления князя Андрея во Владимире (1155–1174 гг.).