Das im Russischen Reich gepflegte Ansehen Kostromas als Wiege des Romanow-Hauses wurde mit dem Niedergang der russischen Monarchie nach der Februar- und der Oktoberrevolution des Jahres 1917 praktisch zunichtegemacht, und für mehrere Jahrzehnte verlor Kostroma auch seinen Titel einer Provinzhauptstadt: Anfang 1929 wurde das Gouvernement Kostroma offiziell aufgelöst und ging in den neuen Oblasten Jaroslawl und Iwanowo auf, die heutige Oblast Kostroma mit Kostroma als Hauptstadt wurde erst 1944 gebildet. Gleichzeitig setzte hier in den 1930er-Jahren, wie vielerorts in der Sowjetunion, eine zweite Welle der Industrialisierung ein, so wurde unter anderem ein neues Kombinat zur Leinverarbeitung in Betrieb genommen. Im Zweiten Weltkrieg blieb Kostroma, das sich im sowjetischen Hinterland befand, von deutschen Bombardements weitgehend verschont. Dieser Tatsache hat es im Wesentlichen die gute Erhaltung seiner architektonischen Denkmäler, aber auch die rasche wirtschaftliche Entwicklung in der Nachkriegszeit zu verdanken. In den 1960er- und 1970er-Jahren entstanden in Kostroma völlig neue Industriebetriebe sowie eines der größten Heizkraftwerke Europas.