К моменту начала реставрации в июле 2003 г. церковь находилась в полуразрушенном состоянии. Верхняя часть храма (два восьмерика из трёх) рухнула в 1960 гг. Реставрация велась по методу полной переборки, разработанному архитектором-реставратором, лауреатом Государственной премии РСФСР Александром Владимировичем Поповым, с применением исторических строительных инструментов и технологий. В частности, было установлено, что при сооружении церкви Ильи Пророка при тёске применялись топоры с характерно оттянутой пяткой, узким лезвием шириной около 16 сантиметров и треугольной проушиной, отличающиеся от более древних колунообразных топоров. С целью следования историческим технологиям обработки дерева при проведении реставрационных работ использовались реконструированные аналоги этих топоров. Реставрационные работы выполнялись Реставрационным центром «Архитектура – Производство – Обучение», под руководством Александра Владимировича Попова. Основные работы по реставрации церкви были закончены в середине лета 2009 г. По мнению директора НИИ историко-теоретических проблем народного зодчества, академика Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) Вячеслава Петровича Орфинского, реставрация церкви Ильи Пророка на Цыпинском погосте «лучший пример реставрации деревянного храма в новейшей истории России». 2 августа 2009 г. состоялась официальная церемония, посвящённая окончанию основного объёма реставрационных работ и открытию храма для посещения туристами и экскурсантами. В настоящее время Ильинская церковь функционирует как филиал Кирилло-Белозерского историко-архитектурного и художественного музея-заповедника. Одновременно с этим в храме проводятся реставрационные работы по восстановлению исторического интерьера. В 2010 г. были завершены работы по воссозданию деревянного резного иконостаса. В связи с невозможностью обеспечения климатических условий, требуемых для длительной сохранности икон и некоторых предметов интерьера, подлинные иконы и серебряное паникадило экспонируются в экспозиции музея на территории Кирилло-Белозерского монастыря в городе Кириллове. Вместо подлинных икон в иконостасе выставлены их фотокопии.