Первоначально мощи святых мучеников находились на Тайницких кремлёвских воротах, вскоре были помещены в построенный на Ивановской площади в Кремле храм, посвящённый Михаилу Всеволодовичу и Феодору. Царь, освященный Собор и митрополит Антоний обратились к мученикам с посланием, в котором молили святых «благоизвольно» прийти в Москву и охранять царствующий город. Иван IV Васильевич Грозный написал тропарь и кондак на перенесение мощей Михаила Всеволодовича и Феодора. 14 февраля, день перенесения мощей мучеников, было внесено в церковный календарь. В «Уставе церковных обрядов Московского Успенского собора» (около 1634 г.) под 14 февраля записано: «...Перенесение мощей князя Михаила Черниговского: благовест в ревут и трезвон большой, а ход после заутрени со кресты к Черниговским в неделю преж праздника» («Русская историческая библиотека», том 3); под 20 сентября: «...Празднуют Черниговским чудотворцам; вечер и утро благовест в ревут колокол, трезвон большой без новаго колокола; ко всенощному и к обедне в тот же колокол благовестят, а звонят, как государь к празднику пойдёт, а патриарх у праздника на вечерне облачается. А 138 г. (1620 г.) прилучилось Черниговских чудотворцев в неделю, и тогда к 9 песни не благовестили, и соборных молебнов не пели, что власти все с патриархом у Черниговских были» («Русская историческая библиотека», том 3). Крестный ход к Черниговскому собору устраивался также в воскресенье после праздника Воздвижения Креста Господня. В дни памяти Черниговских мучеников цари Михаил Фёдорович и Алексей Михайлович присутствовали на патриарших богослужениях в Черниговском соборе. Начиная с XVII в. в источниках упоминается ещё одна московская церковь, посвящённая Черниговским святым, находившаяся в Замоскворечье. В 1768 г. в связи с реконструкцией Московского Кремля собор во имя Черниговских мучеников, пришедший к тому времени в ветхость, был разрушен, мощи Михаила Всеволодовича и Феодора перенесли в кремлёвский Сретенский собор на Сенях (утварь и иконостас были переданы в Покровский собор на Рву). В 1774 г. мощи перенесли в Архангельский собор Московского Кремля и поместили у правого столба. Для святыни в том же году была изготовлена дубовая рака, украшенная серебряными пластинами работы П. Робертса. Рака была устроена по повелению императрицы Екатерины II «в благодарность св. мученикам при торжестве мира с Турцией». В 1812 г. французские солдаты похитили серебряные пластины с раки. В 1817 г. раку обложили бронзой. В настоящее время она находится в центральной части алтаря Архангельского собора. В 1987 г. имя Михаила Всеволодовича было включено в Собор Тульских святых, в 1997 г. – в Собор Московских святых, 5 декабря 2003 г. – в Собор Брянских святых.