ІСТОРІЯ СОБОРУ В XXI СТОЛІТТІ
Із початку ХХІ століття заповідник активно проводить наукові дослідження за різними напрямами. Велика увага приділяється консервації, збереженню й експонуванню собору, ведеться моніторинг технічного стану храму й території архітектурного ансамблю Софійського собору з метою запобігання негативним наслідкам.
У 2003 – 2015 рр. Інститутом ДП НДІБК (укр. Державне підприємство «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій») і КДП «Київгеоінформатика» (укр. Київське державне підприємство геодезії, картографії, кадастрових та геоінформаційних систем «Київгеоінформатика») проведені дослідження фундаментів і конструкцій Софійського собору. Згідно з отриманими даними, динаміка розкриття тріщин у стінах, арках і склепіннях незначна, спостерігаються сезонні коливання ширини розкриття характерних тріщин за спостережними марками в межах 0,3…0,8 мм.
На початку 2000-х років Царські врата, знайдені в 1977 році, були реконструйовані, відреставровані й у 2008 році встановлені на своє колишнє місце в іконостасі Софійського собору. У соборі також були відреставровані мідні позолочені вхідні двері початку XVIII століття, обстежені й укріплені конструкції, а також монументальний живопис центрального купола й вівтаря.
У 2005 році представники п’яти православних церков прочитали першу спільну молитву за Україну в Софійському соборі.

Фото 16 червня 2008 року. Автор – Wadco2. Ліцензія – Creative Commons Із зазначенням автора – Розповсюдження на тих самих умовах 4.0 Міжнародна. Фото без змін
25 липня 2008 року в Софійському соборі на державному рівні відбулося урочисте відкриття Царських врат та освячення їх Вселенським патріархом Варфоломієм I (грец. Πατριάρχης Βαρθολομαίος ο Α).
У 2009 році на стінах західної частини центрального нефа собору відкриті й відреставровані сюжети 1894 року «Стрітення» та «Хрещення» роботи російського художника Івана Федоровича Селезньова. Відкритий і відреставрований великий ансамбль олійного живопису XVIII століття з унікальними сюжетами на київську тематику в Капелі Івана Мазепи (Вівтар Дванадцяти Апостолів). Відреставровані різьблення й ікони головного іконостаса XVIII століття. Безцінним скарбом фондів заповідника є колекція давньоруських шовкових тканин із золотим і срібним шитвом, знайдених під час дослідження поховань у Софійському соборі.
У 2010 році проведені дослідження підлог у Софійському соборі.

Фото 17 жовтня 2010 року. Автор – Unomano. Ліцензія – Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Фото без змін
У 2011 році міжнародна спільнота відзначала 1000-ліття заснування київського Софійського собору.
У 2014 році на території Софійського комплексу під усипальницею, зробленою з колод, знайшли рукотворну печеру.
18 жовтня 2014 року частина 5-метрової цегляної огорожі 1960-х років Заповідника «Софія Київська» обвалилася.
15 грудня 2018 року в Софійському соборі відбувся Об’єднавчий собор українських православних церков. Учасники собору ухвалили статут Православної церкви України (грец. Ορθόδοξη Εκκλησία της Ουκρανίας) та обрали предстоятеля церкви.
3 лютого 2019 року в Софійському соборі відбулася інтронізація блаженнішого Епіфанія (укр. Митрополит Епіфаній, у миру – Сергій Петрович Думенко) на предстоятеля Православної церкви України.

Фото 22 вересня 2019 року. Автор – Сергій Венцеславський. Ліцензія – Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International. Фото без змін
У вересні 2020 року в центральному нефі собору проводилися реставраційні роботи.

Фото 16 вересня 2020 року. Автор – Angloman
17 листопада 2021 року відбулося засідання науково-реставраційної ради Національного заповідника «Софія Київська» під головуванням завідувача науково-реставраційної майстерні Заповідника, художника-реставратора вищої кваліфікаційної категорії, заслуженого художника України Анатолія Остапчука. Рада прийняла виконані реставраційні роботи з відновлення монументального живопису в північній частині західної внутрішньої галереї Софійського собору, відреставровану шиферну Гробницю «княгині Ольги», що зберігається в Софійському соборі на першому поверсі в південній частині, виконані реставраційні роботи із закріплення решток давньої підлоги з поливою в апсиді, відкритій археологами біля зовнішнього боку північно-східної частини Софійського собору.

Гробниця «княгині Ольги» після реставрації. Джерело – https://st-sophia.org.ua/uk/novini/zasidannya-naukovo-restavratsijnoyi-radi/. Фото без змін
28 травня 2022 року в Софійському соборі українські археологи в давній крипті відкрили цегляну гробницю митрополита Київського, Галицького і всієї Малої Росії Рафаїла Заборовського (помер у 1747 році), де виявили його останки.

Відкриття гробниці митрополита Рафаїла Заборовського. Фото 28 травня 2022 року. Джерело –https://apostrophe.ua/news/society/2022-05-31/v-kievskom-sofiyskom-sobore-obnarujili-sensatsionnuyu-nahodku-foto-i-video/270534. Фото без змін

Відкриття потинькованої гробниці митрополита Рафаїла Заборовського. Фото 28 травня 2022 року. Джерело – https://apostrophe.ua/news/society/2022-05-31/v-kievskom-sofiyskom-sobore-obnarujili-sensatsionnuyu-nahodku-foto-i-video/270534. Фото без змін
Згідно з офіційними радянськими документами, у 1937 році мощі митрополита Рафаїла Заборовського були вилучені з гробниці й знищені з формулюванням: «не мають наукової цінності». З’ясувалося, що український археолог Теодосій Миколайович Мовчанівський (розстріляний у 1938 році, реабілітований у 1971 році), який у 1937 році керував відкриттям гробниці митрополита Рафаїла Заборовського, урятував мощі спочилого архіпастиря від знищення, непомітно повернувши їх до гробниці й замурувавши її.
У березні 2023 року митрополит Рафаїл Заборовський канонізований Православною церквою України. Нині мощі святителя представлені в раці, яка доступна для вшанування.

Фото 18 травня 2023 року. Джерело – https://st-sophia.org.ua/uk/novini/zasidannya-naukovo-restavratsijnoyi-radi/. Фото без змін
У ніч на 10 червня 2025 року під час повномасштабної агресії проти України внаслідок масованої ракетно-дронової атаки Російської Федерації на Київ був пошкоджений Софійський собор.

Фото 10 червня 2025 року. Автор – Микола Точицький / Фейсбук. Фото без змін
Ворожий обстріл пошкодив тиньк і карнизи храму. Вибуховою хвилею понад 2 метри карниза на головній апсиді собору відпало, а на трьох його чвертях з’явилися помітні тріщини. Їх видно візуально. Інтер’єр собору пошкоджень не зазнав.