W 1845 zburzono dom, który zasłaniał cerkiew od strony ulicy. W 1860 do cerkwi została dobudowana apsyda, a cały obiekt przeszedł gruntowną przebudowę i redekorację wnętrza. Obiektowi nadano styl rusko-bizantyjski z elementami typowymi dla wileńskich obiektów sakralnych. W 1866 odbyło się ponowne poświęcenie tak przebudowanej cerkwi. Głównym inicjatorem tej przebudowy był Michaił Murawiew, który pragnął uczynić cerkwie wileńskie równie wspaniałymi, jak te znajdujące się w Moskwie i zarazem podkreślić przynależność miasta do Rosji. Do dziś na ścianie świątyni znajduje się tablica upamiętniająca te działania Murawiewa, zaś kaplica położona w absydzie nosi wezwanie św. Michała.
W czasach radzieckich cerkiew została zamknięta, jej ponowne udostępnienie wiernym nastąpiło dopiero w 1947. W 1961 została siedzibą liczącej 600 osób parafii. Wcześniej, w okresie 1949–1956 przeszła generalny remont.