Реставрационные работы в Троице-Сергиевой лавре начались в начале XX века, заменив собой лишь косметические ремонты, которые проводились ранее. В 1897 году возникла необходимость в восстановлении Пятницкой и Введенской церквей, расположенных за пределами стен монастыря. Однако архитектор Александр Латков не смог вернуть исторические формы окон и дверей Введенской церкви, поскольку это не соответствовало «намерениям и потребностям Лавры».
С 1906 по 1907 год проводились работы на шатре церкви Зосимы и Савватия под контролем Московского археологического общества. В 1907 году эксперты долго искали причины трещин в Успенском соборе. Эти работы продолжались три года под руководством известных архитекторов, таких как Александр Латков, Александр Померанцев, Петр и Дмитрий Виноградовы. Полное устранение проблем тогда не удалось, что подчеркивает сложные условия работы реставраторов.
После Октябрьской революции 1917 года контроль за архитектурными памятниками монастыря осуществлял главный архитектор-реставратор памятников Московского Кремля Дмитрий Сухов. В 1914 году он предотвратил предложение Духовного собора Лавры создать гробницу Годуновых у стен Успенского собора. Несмотря на плохое состояние усыпальницы, Сухов настоял на ее сохранении и реставрации в первоначальном виде.
«Сам памятник архитектуры должен составлять план реставрационных работ, он же должен вести и работы,— писал Сухов. — Бойся всякого насилия над ним, не навязывай ему своих мыслей и желаний. Заставь говорить памятник, пусть он расскажет о своих нуждах… Если сам памятник будет главным твоим советчиком, то ты его не загубишь и не исказишь». Эти слова стали основополагающими для последующих реставрационных проектов.
Под руководством Сухова в 1923 году была восстановлена кровля на угловой Пятницкой башне, которая сгорела в пожаре 1920 года. Архитектор создал шатровую кровлю из драни, хотя до этого башня имела металлическое завершение. Эта форма сохранялась до осени 2016 года, когда ей вернули криволинейную крышу XIX века, что вызывает споры среди специалистов по поводу правильности выбора.
В 1925 году Сухов также произвел разборку северной пристройки к Троицкому собору, что позволило восстановить исторический облик первого каменного храма Лавры. Несмотря на отсутствие единого плана, работы 1920-х годов играли важную роль в сохранении памятников и способствовали углублению знаний о древних сооружениях. С конца 1930-х годов в Лавре начались систематические реставрационно-восстановительные работы под руководством архитектора Игнатия Трофимова.
Трофимов подготовил справку об историко-художественном значении ансамбля и программу научной реставрации, включая генеральный план работ на 1939-1943 годы. В начале 1950-х годов его сменил Виктор Балдин, который, основываясь на многолетних обследованиях зданий и архивных данных, совместно с архитектором А. Г. Устиновым разработал «Комплексный проект реставрации архитектурного ансамбля Троице-Сергиевой лавры» в 1963 году. Балдин курировал проект до своей смерти в 1997 году, оставаясь постоянным консультантом.
Наиболее значительные работы проводились в 2013-2014 годах в рамках подготовки к 700-летнему юбилею преподобного Сергия Радонежского. Директор Патриаршего архитектурно-реставрационного центра Сергей Демидов отметил, что работы велись на основе проектов Трофимова и Балдина, без новых требований со стороны Министерства культуры России.
Например, стены Троицкого собора, единственной белокаменной постройки Лавры, были оклеены холстом и расписаны еще в XIX веке. Архитекторы Иван Рыльский и Александр Латков, осматривавшие храм в 1918 году, отметили, что он был окрашен масляной краской в фиолетово-желтый цвет. В 1954 году стены были очищены от холста и живописи, а в 1966 году восстановлено древнее покрытие, которое, вероятно, существовало в начале XVIII века.
Духовская церковь, построенная в 1476 году, также прошла через два крупных этапа реставрации. В 1938-1940 годах были разобраны приделы, угрожавшие храму разрушением, а в 1960 году восстановлены утраченные формы звонницы благодаря усилиям архитекторов Трофимова и Балдина.
Больничные палаты с церковью Зосимы и Савватия, построенные в 1635-1637 годах, были встроены в западную линию келий в XVIII веке, что затрудняло их осмотр. Архитектор Игнатий Трофимов восстановил объемы сооружения, укрепил конструкции и воссоздал элементы декора, однако раскрашивание здания остается предметом споров среди реставраторов. В 1960-х годах раскраска палат была выполнена в красный цвет с белыми архитектурными деталями, в то время как Виктор Балдин позднее перекрасил их в белый цвет. Каждый из архитекторов привел свои доводы, которые до сих пор не подтверждены документально.
В начале XIX века с надвратной церкви Иоанна Предтечи были сняты четыре боковые главы, что считалось «излишним» и дорогостоящим. В 1976 году архитектор Юрий Беляев восстановил пятиглавие, однако раскраска здания в шахматном порядке, выполненная в 2010 году, вызывает сомнения.
Надкладезная часовня конца XVII века получила свой нынешний бордовый цвет с белыми архитектурными деталями в 2002 году. Архитектор Марина Юрьевна Горячева подтвердила, что это самый первый известковый слой на фасадах памятника, но подобная раскраска вызывает споры, так как нет документальных подтверждений первоначальной раскраски.
С 1993 года архитектурный ансамбль лавры включен в Список всемирного наследия ЮНЕСКО, что является результатом многолетних усилий реставраторов. Подробности исторического пути реставрации Троице-Сергиевой лавры можно узнать в Газете Вперёд.