История и духовное наследие преподобного Кирилла Белозерского стали привлекать внимание исследователей уже в конце XVIII ‒ начале XIX века. В этот период многие монастырские ценности в целях их сохранения вывозились в большом количестве в крупнейшие хранилища страны, где специалисты и обнаружили, что среди залежавшихся монастырских бумаг нередко находились уникальные документы большой исторической ценности. Отмечены изданием именно кирилловских рукописей и первые шаги отечественной историографии. Так в 1784 году по двум рукописям, вывезенным из Кирилло-Белозерского монастыря в Московскую Синодальную библиотеку, была опубликована летопись. В ней повествовалось о «деяниях великих князей российских» и «самонужнейшие обстоятельства, касающиеся Российской истории». Этот год условно можно считать начальным в изучении кирилловских культурных сокровищ.
Описанием монастыря и хранившихся в нём ценностей и рукописей занимались путешественник Н.И. Челищев, правительственный чиновник К.М. Бороздин, археограф П.М. Строев, источниковед И.П. Сахаров, историк русской словесности С.П. Шевырев, краевед Н.П. Успенский, историк Н.К. Никольский. Все они отмечали уникальность и необыкновенную ценность для науки рукописного и книжного собрания Кирилло-Белозерского монастыря. Первое печатное сообщение о древностях монастыря появилось в 1804 году. К сожалению, не все документы были сохранены, многие кирилловские манускрипты попали на книжные рынки Петербурга, Москвы, Саратова, Ярославля и других городов. В дальнейшем лишь часть бумаг удалось спасти для науки и сохранить в государственных хранилищах.
Интерес к истории обители возникал и в среде церковных деятелей. Историю и ценности кирилловской обители изучали историк русской церкви Амвросий Орнадский, настоятели Кирилло-Белозерского монастыря архимандриты Варлаам и Иаков, иеромонах Геронтий. В конце XIX – начале XX века осуществлялся сбор вещей для создания единого Новгородского губернского музея, среди монастырей, вещи из которых отправлялись в Новгород, был и Кирилло-Белозерский. В 1906‒1908 годах иеромонах Антоний (А.А. Александров) предпринял первую попытку создания музея в монастыре, но это начинание не нашло поддержки у монастырских властей. Также в начале XX века обсуждались вопросы, касающиеся восстановления активно разрушающихся монастырских зданий, но началу реализации этих планов помешала Первая мировая война.
Кардинальные изменения в жизни страны произошли после Великой Октябрьской революции. Коснулись они и Кирилло-Белозерской обители. Сразу после революции советское государство впервые взяло на учёт и под охрану кирилловские культурные ценности как «драгоценнейшее и неотъемлемое национальное достояние». Уже в 1919 году в монастыре начались ремонтно-реставрационные работы. В то время Всероссийская реставрационная комиссия выявила, собрала и законсервировала 75 икон. В течение летних сезонов 1919 и 1920 годов в Кириллове развернулись первые восстановительные работы на памятниках архитектуры. Возглавил их петроградский архитектор В.В. Данилов.
В декабре 1924 года монастырь был закрыт, сразу после закрытия была составлена опись монастырского имущества, имеющего музейное значение. В апреле-мае 1925 года состоялась передача всех материальных ценностей первому заведующему Кирилловского музея-монастыря А.А. Холмовскому, началась постановка коллекций на учёт, продолжилась их реставрация, изучение и популяризация.
Наиболее сложным периодом для монастыря и музея стали 1930‒1940-е годы. На I музейном съезде в декабре 1930 года было принято решение нацелить работу на пропаганду планов и достижений социалистического строительства, а также на краеведческие исследования. Кирилловский музей перешёл в ведение местного РОНО и стал финансироваться из местного бюджета, что вызвало административные и финансовые затруднения. В 1931‒1932 годах были утрачены знаменитые кирилловские колокола, хотя они были поставлены на государственный учет. Представители организации «Рудметаллторг» изъяли их, несмотря на все усилия сотрудников. Всего по акту «Рудметаллторг» получил 31298 кг колокольной бронзы и 2855 кг железа (колокольные языки). Территория монастыря в этот период стала активно использоваться как лесо- и скотозаготовительные пункты. Только неимоверные усилия директора и сотрудников музея позволили спасти некоторые монастырские постройки от разборки на кирпич или от использования не по назначению.
К 1935 году изменился статус музея, он стал краеведческим и получил название Кирилловского районного музея. Продолжалось восстановление архитектурных памятников. Под руководством архитектора В.В. Данилова, занимавшегося памятниками Кирилло-Белозерского монастыря до 1942 года, велись работы, направленные на восстановление Больших и Малых больничных палат, Свиточной башни, на консервацию стен XVI века, священнических келий. Но они носили лишь противоаварийный, ремонтный характер: не было проведено серьёзное изучение памятников, отсутствовал генеральный план реставрации. Только в 1935 году, благодаря увеличению финансирования, В.В. Данилову удалось перейти от аварийных работ к частичной реставрации памятников.
Для ведения работ по реставрации живописи в 1922 ‒ 1925 годах значительная часть икон была вывезена в Ленинград и Москву. Памятники древнерусской живописи вывозили и позднее. Так в 1933 году в Государственную Третьяковскую галерею взяли замечательные иконы «Успение» и «Кирилл Белозерский».
Великая Отечественная война прервала дальнейшую деятельность по сохранению монастырских ценностей. Только в 1943 году возобновились ремонтные работы, но шли они очень медленно.
Новый этап в реставрации монастыря наступил спустя 10 лет. В 1953 году в Кириллов приехала группа архитекторов Центральных научно-реставрационных мастерских при Академии архитектуры СССР (Л.А. Давид, С.С. Подъяпольский, Б.М. Альтшуллер), которая наметила первоочередные задачи по спасению памятников, находящихся в аварийном состоянии, и заложила основы научно-исследовательских и реставрационных работ. С.С. Подъяпольский начал работу над проектом реконструкции первоначального облика архитектурного ансамбля. В 1960‒1980-е годы был восстановлен первоначальный облик церкви Преображения, проведена реставрация зданий XVI‒XVII веков.
В 1955 году по решению Министерства культуры СССР изменился профиль музея, он стал именоваться историко-художественным. Однако в первые десятилетия из-за идеологических перегибов по-прежнему изучение и экспонирование художественных коллекций музея было недостаточным, много внимания уделялось современной истории и пропаганде социалистических ценностей. Вместе с тем были и положительные изменения: в середине 1960-х годов началась планомерная реставрация иконописных памятников, а в 1968 году была создана первая экспозиция иконописи. В том же 1968 году Совет Министров РСФСР принял решение о повышении статуса музея и создании Кирилло-Белозерского историко-архитектурного музея-заповедника. Более планомерной стала деятельность по изучению, охране и реставрации движимых и недвижимых памятников.
В 1967‒1980 годах был сделан большой объём работ по консервации и реставрации икон из иконостаса Успенского собора, а также икон из церквей Иоанна Лествичника, Иоанна Предтечи, Преображения, Епифания, проведена реставрация живописи на северной паперти Успенского собора. Эти работы велись под руководством О.В. Лелековой.
В 1970-е годы Кирилло-Белозерский музей начал сотрудничать с различными реставрационными организациями, стал заниматься восстановлением памятников прикладного искусства, графики и масляной живописи. Специалисты центра им. И.Э. Грабаря отреставрировали целый ряд произведений лицевого шитья, О.Г. Волынцева-Шурина и О.Т. Осмоловская ‒ произведения народного прикладного искусства, О.М. Ревин ‒ коллекцию клирового портрета. Специалист Реставрационной мастерской Музеев Московского Кремля Т.Г. Парфенова возвратила к жизни более десятка старообрядческих графических листов. Значительную по составу коллекцию предметов медной пластики отреставрировала художник-реставратор Вологодского филиала центра им. И.Э. Грабаря Н.В. Смирнова.
С 1937 года на территории монастыря начали проводить археологические раскопки. В 1953‒1954 годах начались археологические исследования здания Оружейной палаты. В 1971‒1972 годах в Кирилло-Белозерском монастыре работала археологическая экспедиция Ленинградского отделения Института археологии Академии наук СССР под руководством А.Н. Кирпичникова и И.Н. Хлопина, которая завершила изучение здания Оружейной палаты, провела раскопки на месте расположения Острога и в церкви Владимира. В 1981‒1982 годах под руководством П. Алешковского были проведены раскопки кузницы XVI века Малой Мереженной башни, Рыболовецкой палатки. Проведённые работы позволили значительно обогатить знания об истории обители. В дальнейшем археологические исследования на территории монастыря стали систематическими и велись параллельно с реставрационной деятельностью на территории монастыря.
Указом Президента РФ от 2 апреля 1997 года Кирилло-Белозерский музей заповедник включён в Государственный свод особо ценных объектов культурного наследия народов Российской Федерации. Повышение статуса музея привело к качественному улучшению его бюджетного финансирования. Значительно ускорились темпы реставрационных работ. В конце 1990-х годов проведена реставрация церкви Преподобного Кирилла Белозерского, а в 1997 году храм открыт для прихожан. В 1999 году состоялось торжественное открытие после реставрации здания Архимандричьего корпуса, в 2001 году закончена реставрация Братского корпуса, в 2007 году завершены работы в Трапезной палате с церковью Введения, а также в многоярусном здании колокольни. В 2009 году администрацией музея совместно с главным архитектором ЦНРПМ С.Б. Куликовым принято решение считать главным памятником Кирилло-Белозерского монастыря Успенский собор, который стал центральным объектом реставрации. Крупномасштабная реставрация соборного комплекса проводилась в 2010‒2014 годах и включала в себя, помимо архитектурной реставрации, археологические исследования, монтаж тёплых полов, реставрацию живописи, иконостасной рамы и другие работы. В 2016 году открыта после реставрационных работ Казанская башня, продолжаются работы по восстановлению церкви Преображения и прясла стены Нового города, примыкающей в Белозерской башне.
Сегодня реставрируются и активно изучаются памятники декоративно-прикладного, иконописного искусства, предметы из других коллекций. В музее появляются свои специалисты-реставраторы. В 2006 году начала свою деятельность в качестве реставратора по металлу С.М. Смирнова, среди штатных сотрудников музея работают художники-реставраторы А.С. Рубцов и Н.В. Петухов.
Работа по сохранению истории, архитектурного и художественного наследия монастыря, основанного более 600 лет назад московским монахом Кириллом, продолжается.
