В1833 году, в связи с 500-летием, в Соборе проходил большой ремонт. Во время работ были обнаружены средневековые фресковые росписи, однако из опасения повредить старинную живопись их решили не вскрывать, а оставить потомкам. В 1901—1907 годах под руководством архитектора и реставратора Рихарда Детлефсена были проведены работы по обследованию и комплексная реставрация Собора. Выяснилось, например, что южная башня «ушла в землю» на 1,67 м. Наиболее важные меры включали попытки укрепления фундамента, удаление с фасадов очень поврежденной штукатурки позднего времени, также было демонтировано большое ренессансное окно над главным входом. Обнаруженные в XIX веке фрески были расчищены и законсервированы.
Во время Второй мировой войны в ночь с 27 на 28 августа 1944 года при налёте английской авиации собор сильно пострадал: внутри всё выгорело, своды частично обрушились. Во время штурма Кёнигсберга в апреле 1945 года собор вновь попал под обстрелы, но всё-таки не был уничтожен.
Постановлением Совета Министров РСФСР от 30 августа 1960 года № 1307 Кафедральный собор был признан памятником республиканского значения, однако иных мер по его сохранению не последовало, и под воздействием природных стихий он продолжал разрушаться. В 1981—1984 годах произведены консервационные работы, что позволило сохранить стены Собора. В 1992 году восстановлением собора занялась фирма «Кафедральный Собор» под руководством Игоря Александровича Одинцова. После комплексного исследования руин собора в 1993 году начались консервационные работы, а в 1994 — реставрационные (башни собора). 21 июня того же года был произведён монтаж шпиля собора, при этом для установки сегментов шпиля на барабане башни использовались вертолёты балтийского флота (на вертолете Ка-27 ПС, экипаж майора И. О. Комарова из 396-й ОКПЭ, поселок Донское).
В 1995-1996 годах проводилась реставрация эпитафий собора и надгробия Канта. Осенью 1995 года на башне собора были установлены часы и четыре колокола. Данные часы являются самыми точными часами Калининграда, так как за «фасадом», повторяющим облик часов, погибших во время войны, скрывается современнейший часовой механизм, сверяющий время по спутнику. Часы были выпущены известной фирмой «Сименс».
Между 1996 и 1998 годами велись работы по восстановлению кровли собора. В целях её облегчения она выполнена из меди, а не из черепицы, как оригинальная.
Работы по восстановлению Кафедрального собора начались в 1994 году под руководством Ю. А. Одинцова и завершились в 2005 году. В сентябре 1998 года на малой башне были подвешены два колокола. В конце 2005 года был восстановлен интерьер Валленродской библиотеки, располагавшейся в соборе до войны. Эти работы были выполнены за три месяца калининградскими мастерами резьбы по дереву.
Однако нынешняя реставрация вызывает много нареканий. Достаточно сравнить современный вид собора с довоенными фотографиями, чтобы убедиться в том, что реставраторы далеко не всегда восстанавливают собор в точном соответствии с довоенным состоянием. О восстановлении внутреннего убранства даже и не идёт речи (впрочем, затраты на восстановление убранства были бы слишком высоки).
При восстановлении Кафедрального собора с 1990-х гг. XX в. для воссоздания довоенного облика использовались архивные материалы. Среди них — работа доктора Эрнста Августа Хагена, профессора истории искусств в Кёнигсбергском университете «Описание соборной церкви в Кёнигсберге и находящихся в ней произведений искусства с введением об искусстве немецкого Ордена в Пруссии, преимущественно о церковном строительстве в Замланде», напечатанная в придворной типографии Кёнигсберга в 1833 году.
В данном сочинении в описании собора отмечается наличие замурованных окон-витражей. Их замуровывали в разное время в силу различных причин, чаще всего, чтобы оставить больше места в стене для надгробных памятников.
Несмотря на значительные повреждения и утраты, Собор принадлежит к числу старейших памятников архитектуры и имеет большую архитектурно-художественную и историческую ценность, является одним из главных символов города. Благодаря группе энтузиастов во главе с Виктором Денисовым, Игорем Одинцовым и Виктором Безруковым Собор вновь стал функционировать и получил путевку в жизнь в новом формате. Также в Калининград приезжали не только российские, но и немецкие, литовские и польские профессионалы строительного дела. Финансовую помощь оказывала администрация Калининградской области, свою лепту вносили и различные немецкие благотворительные фонды и частные организации. Реставрировалось не только само здание собора, но и его декор, например, эпитафии и витражи. Была проделана гигантская работа, чтобы собор вернулся в прежнее русло и зажил своей новой жизнью.