Después del saqueo de Kiev por Andréi Bogoliubski de Vladímir-Súzdal en 1169, seguido por los tártaros mongoles en 1240, la catedral cayó en mal estado. Tras la Unión de Brest (1595-96) la catedral de Santa Sofía quedó en manos de la Iglesia greco-católica ucraniana hasta que fue reclamada por el obispo metropolita ortodoxo ucraniano Petró Mohyla en 1633. Mohyla encargó trabajos de restauración, y la parte superior del edificio fue meticulosamente reconstruida, según modelo del arquitecto italiano Octaviano Mancini en el marcado estilo barroco ucraniano, al tiempo que conservaba el interior bizantino, manteniendo intacto su esplendor. La obra siguió con el hetman cosaco Iván Mazepa y en 1740, acabó la catedral con su forma actual.