W wyniku II rozbioru Polski (1793) Czarnobyl znalazł się w zaborze rosyjskim. W II połowie XVIII wieku osiedliła się duża grupa rosyjskich staroobrzędowców; wtedy też rozpoczęło się intensywne osadnictwo żydowskie. W 1816 Czarnobyl odziedziczył po swej matce hr. Aleksander Chodkiewicz, zaś po jego śmierci (1832) miasto przeszło w ręce hr. Mieczysława Chodkiewicza, syna. W 1832, po powstaniu listopadowym (1830–1831), władze rosyjskie skasowały klasztor dominikanów. W 1880 żydzi stanowili 57% mieszkańców, prawosławni 33%, staroobrzędowcy 9%, katolicy 1%. Od zaborów do rewolucji październikowej było tu jedno z większych centrów chasydyzmu w państwie carskim, siedziba dynastii cadyków twerskich. W XIX i I połowie XX wieku funkcjonował tu ważny towarowy i pasażerski port rzeczny, który był wtedy podstawą gospodarki miejskiej. Miasto specjalizowało się także w produkcji i handlu drewnem, smołą, dziegciem oraz warzywami, których głównym odbiorcą był pobliski Kijów.
Siedziba dawnej w powiecie radomyskim, a od 1919 w czarnobylskim w guberni kijowskiej. thumb|Czarnobyl w 1918 thumb|Kościół katolicki zburzony po 1920 r.