Во время пожара Москвы и взрывов Кремля в 1812 г. Казанский собор был ограблен, но чудотворную икону, оставленную в Москве, укрыли в доме протоиерея Сергия и вывезли под Тарутино. В 1830 гг. обновили главный иконостас, отремонтировали фасады и ограду. Заново освятили северный придел, использовавшийся как ризница, и пристроили небольшую трапезную (а в 1861 г. и новую ризницу), обновив полы и престол. Был заказан проект (не осуществлён) полной перестройки, предполагавший возведение на прежнем плане храма в стиле позднего классицизма. Изображений интерьера эпохи классицизма не сохранилось, но его позволяет представить подробнейшая опись собора 1858/1859 г., в которой упомянуты великолепный новый золочёный иконостас (1848–1850 гг.), ризы и иконное письмо, роспись стен, служебная утварь и книги (сохранилось много царских вкладов и изделий лучших мастеров Москвы). Новый проект архитектора Николая Ильича Козловского (утверждён в 1865 г.) включал надстройку колокольни и обновление фасадов; третий ярус колокольни придал Казанскому собору вид, мало отличимый от типичного приходского храма. Таким он представлен на фотографиях: с более сухим и чётким декором, с проработанными поверхностями, с новой главой и со сводом над барабаном, кровля которого разделена гуртами. В конце XIX – начале XX в. вновь планировали полную перестройку Казанского собора, но она не состоялась, и под поздним архитектурным «покрывалом» сохранился мало повреждённый объём XVII в. Приступив к реставрации в 1925–1933 гг., П.Д. Барановский (до ареста) вернул верхним частям и стенам четверика первоначальный облик. По Генеральному плану реконструкции города Москвы (1935 г.) часть сооружений Красной площади подлежала сносу, и в год 300-летия освящения (1936 г.) Казанский собор был полностью разобран (в 1929 г. снесли колокольню, затем трапезную). Вернувшийся из заключения в 1936 г., П.Д. Барановский успел сделать последние замеры и фотографии; остатки храма превратили в груду мусора и вывезли для использования в дорожном строительстве. На его месте был выстроен павильон с фонтаном (архитекторы Леонид Иванович Савельев, Освальд Андреевич Стапран), а в послевоенные годы вместо павильона был разбит газон, окружённый гранитным парапетом и засаженный деревьями. Сохранялись только документы фиксации Казанского собора, составленные П.Д. Барановским (особенно фотоснимки, запечатлевшие все стадии снятия поздних наслоений), и фундаменты, погружённые в культурный слой. Движение за восстановление собора началось в 1985 г., в нём участвовали заместитель председателя Президиума совета Московского городского отделения (МГО) Всероссийского общества охраны памятников истории и культуры (ВООПИиК) С.В. Королёв, академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов. Началом работ по воссозданию памятника стало проведенное в 1989–1991 гг. сектором археологии города Москвы Института археологии РАН под руководством Леонида Андреевича Беляева полное раскрытие фундаментов собора, документально восстановившее все стадии изменения здания. Были собраны фрагменты резного декора XVII в., черепичных кровель, богослужебной утвари, в том числе более древней (крест-мощевик XIV–XV вв., стеклянная иконка с изображением равноапостольных Константина и Елены, застёжки богослужебных книг и чеканные накладки, тельники начиная с XIII в.), и бытовые предметы XIII–XVI вв. Инициатором работ и заказчиком выступили Московское городское отделение Всероссийского общества охраны памятников истории и культуры (МГО ВООПИиК) и церковная община (с 1990 г.), была оказана поддержка правительством Москвы. 4 ноября 1990 г. Патриарх Московский и всея Руси Алексий II (Ридигер) заложил камень в основание нового храма. Казанский собор был восстановлен в 1991–1993 гг. (архитектор Олег Игоревич Журин) и вновь освящён 4 ноября 1993 г.