Огромная заслуга в том, что в Казани сохранился такой великолепный храм, принадлежит не только строителям собора и И.А.Михляеву, но и соборным старостам и духовенству более позднего времени. Дело в том, что храм неоднократно подвергался частичному разрушению. Он был поврежден во время пожаров 1742, 1749, 1774 (при Пугачеве), 1815, 1842 годов. Особенно сильно собор пострадал в 1815 году, когда на 9 лет приход переместился в Гостинодворскую церковь. В 1824-1825 годах реконструкция была произведена на средства соборного старосты, казанского купца Саввы Степановича Зайцева (деда выдающегося ученого-химика Александра Михайловича Зайцева). С 1841 года почти целое столетие старостами избирались представители купеческой семьи Унжениных. В 1840-е - 1850-е гг. это был Василий Николаевич Унженин, в 1860-е - его двоюродный брат Василий Степанович Унженин, в 1870-е -1880-е - сын Василия Степановича Петр Васильевич Унженин, с 1891 -его сын Василий Петрович Унженин, который оказавшись в вынужденной эмиграции в Китае вплоть до 1929 года присылал крупные суммы на содержание храма. К 1880-м годам собор сильно обветшал, основной причиной этого было разрушение фундамента, а колокольня стала даже крениться. Потеряли первоначальный облик многие детали декора. Староста П.В.Унженин и настоятель собора протоиерей Петр Васильевич Малов организовали в 1888-1890 гг. масштабную реконструкцию храма. Составлял проект и руководил работами молодой архитектор Михаил Нилович Литвинов (позже, в конце XIX - начале XX вв. он был архитектором храма Христа-Спасителя в Москве). Литвинов скрупулезно восстановил первоначальный облик собора. В этом ему помогли детальные рисунки и чертежи, которые еще в 1815 году составил архитектор А.К.Шмидт.
Были разобраны и выстроены вновь оба придела, паперть и лестницы, под колокольню подведен новый фундамент. По старым чертежам и рисункам восстановлены утраченные лепные украшения. Тогда же на колокольне установлены часы известного мастера Петра Ионовича Климова.
Эти работы стали одним из первых в России примеров высокопрофессиональной реставрации памятников архитектуры. Благодаря этой реконструкции собор сохранился до наших дней практически в первозданном виде.
Главный храм, разместившийся на втором этаже, был освящен во имя Святых Первоверховных Апостолов Петра и Павла, теплый храм на первом этаже - в честь праздника Сретенья Господня. Два небольших предельных храма до революции были освящены: верхний - в честь чудотворной иконы Божьей Матери `Живоносный Источник`, а нижний - в честь иконы Божьей Матери `Неопалимая Купина`. К настоящему времени эти придельные храмы не действуют. В советское время собор продолжал действовать до 1939 года. Служивший здесь в 1917-1930 гг. священник Андрей Иванович Боголюбов был осужден за `антисоветскую деятельность`, основой для обвинения послужили поступавшие из Китая денежные переводы бывшего старосты В.П.Унженина. После закрытия собор официально считался памятником архитектуры, охраняемым государством, в него водили экскурсии, в 1950-е-1980-е годы здесь находился планетарий. Однако, собор постепенно терял свой неповторимый облик. В 1989 году храм возвращен церкви и сейчас является одним из наиболее посещаемых храмов Казани. Масштабные реставрационные работы продолжаются и сейчас. В соборе сохранился древний семиярусный иконостас, богато украшенный в традициях русского барокко. Сохранившийся иконостас был изготовлен в 1723-1726 гг., но после пожара 1815 года подновлялся в 1824-1825 гг. художником Василием Туриным. Одной из почитаемых икон местного ряда является икона святых первоверховных апостолов Петра и Павла.