27 октября (8 ноября) 1893 года в соборе отпевали Петра Чайковского.
21 февраля (6 марта) 1913 года в соборе во время празднования 300-летия дома Романовых произошла давка, по официальной версии, унёсшая жизни 34 человек.
24 мая (6 июня) 1917 года в соборе путём «свободного голосования клира и мирян» состоялись выборы правящего архиерея (единственный раз за всю истории епархии). Большинство голосов выборщиков получил епископ Гдовский Вениамин.
18 января 1921 года митрополит Вениамин освятил «пещерный» зимний придел священномученика Гермогена, патриарха Московского.
Гонения на церковь, происходившие при советской власти, коснулись и Казанского собора. Интерьер собора сильно пострадал при изъятии в 1922 году церковных ценностей. По приблизительным данным, из храма было изъято около 2 тонн только одного серебра. Погиб уникальный серебряный иконостас: серебро переплавили, и оно исчезло бесследно[1]. В 1923 году собор перешёл к обновленцам и с середины 1920-х годов служил кафедральным собором обновленческой Ленинградской митрополии. 25 января 1932 года был закрыт, а 15 ноября 1932 года в здании открыли Музей истории религии и атеизма. В 1950—1956 годах была проведена реставрация интерьера, а в 1963—1968 годах — фасадов.
Богослужения возобновились 25 мая 1991 года в левом приделе. В следующем году был освящён главный придел. 30 апреля 1994 года на купол был поднят крест. Полное освящение собора состоялось 29 марта 1998 года. Его совершил митрополит Владимир (Котляров). В 2000 году собор получил статус кафедрального.
Император Павел I пожелал, чтобы строящийся по его велению храм был похож на величественный Собор Святого Петра в Риме. Отражением этого пожелания стала возведённая А. Н. Воронихиным перед северным фасадом грандиозная колоннада из 96 колонн. Если колоннада собора святого Петра в Риме замыкает площадь, то колоннада Казанского собора раскрывается к Невскому проспекту. Такое архитектурное решение позволило А. Н. Воронихину решить проблему, встававшую перед всеми строителями храмов на Невском. Проспект тянется с запада на восток, точно так же организуются и православные храмы — на западе — вход, на востоке — алтарь. Потому многие церковные сооружения вынуждены были стоять боком к главной магистрали города. Колоннада позволила сделать северную, боковую часть собора, парадной. Купольный крест собора, по тем же самым причинам, повёрнут к проспекту ребром и с парадной, северной стороны в полной мере не виден. С юга собор должна была украшать такая же колоннада, однако замысел А. Н. Воронихина не был доведён до конца. Колокольни собор не имеет, звонница расположена в западном крыле колоннады. Закрепив концы колоннады монументальными портиками, Воронихин оформил проезды вдоль канала и улицы, в сторону которой был обращен западный фасад собора.
Фасады собора облицованы серым пудостским камнем. Ранее они были украшены рельефами и статуями, выполненными И. П. Мартосом, И. П. Прокофьевым, Ф. Г. Гордеевым, С. С. Пименовым, В. И. Демут-Малиновским. Удалось осуществить не всё из задуманного. Так, до настоящего времени сохранились два пьедестала по бокам колоннады, до 1824 года на них стояли гипсовые скульптуры ангелов, которые должны были быть заменены бронзовыми.
Северные врата собора были отлиты из бронзы по образцу знаменитых «райских дверей» XV века во флорентийском баптистерии.
Внутри храма расположены 56 колонн коринфского ордера из розового финского гранита с золочёными капителями.
Из барельефов в интерьере уцелели всего два: «Несение креста» Ф. Ф. Щедрина и «Взятие под стражу» Ж. Д. Рашетта, остальные удалили уже в 1814 году.
Образа исполнили академики живописи: В. К. Шебуев, А. Е. Егоров, А. И. Иванов, Ф. П. Брюлло, С. С. Щукин, О. А. Кипренский и другие[3].
Примечателен был иконостас главного придела. Сооружённый в 1834—1836 годах по проекту архитектора К. А. Тона взамен первоначального, воронихинского, он был облицован трофейным серебром, отнятым у французов. 40 пудов этого серебра прислал донской атаман М. И. Платов. Через 30 лет серебром были облицованы и иконостасы северного и южного приделов. В ходе изъятия церковных ценностей иконостас был утрачен. В настоящее время серебро на иконостасах восстановлено.
