Начало реставрации собрания иконописи приходится еще на монастырский период. Осенью 1918 года участники экспедиции под руководством Александра Ивановича Анисимова укрепили и частично раскрыли 74 иконы из храмов Кирилло-Белозерского монастыря. В числе прочих, А.И. Анисимов сделал пробные расчистки Чудотворного образа Богоматери Одигитрии, по преданию принесенного преподобным Кириллом Белозерским из Москвы, а другой реставратор - П.И. Юкин начал работу над иконой – портретом преподобного Кирилла, созданного по легенде преподобным Дионисием Глушицким еще при жизни святого. Одновременно специалисты обследовали и Ферапонтов монастырь, здесь они укрепили некоторые особо аварийные памятники. В 1919 году экспедиция А.И.Анисимова вновь побывала в Кириллове.

В начале 1920-х годов реставрация иконописи продолжалась. В 1921 году состоялась I-я Всероссийская реставрационная конференция, по решению которой Русский музей стал центром реставрации памятников северных областей страны. В связи с этим в 1922-23 годах в Ленинград из Кирилло-Белозерского и Ферапонтова монастырей было вывезено на реставрацию несколько десятков икон, к сожалению, большая их часть так и не возвратилась обратно.

После открытия музея во второй половине 1920-х – начале 1930-х годов в Кириллове и Ферапонтове работала экспедиция Центральных Государственных реставрационных мастерских. Возглавлял ее опять же А.И.Анисимов. Так в 1930-м году сотрудники экспедиции проводили расчистку и укрепление стенописей в Успенском Соборе Кирилло-Белозерского монастыря и Соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря. Кроме того, реставраторы расчистили и укрепили восемь икон из церквей Епифания и Сергия Радонежского.

В 1936-37 годах специалисты из г. Ленинграда эксперт инспекции по охране памятников Леноблисполкома Я.П. Гамза и художник-реставратор Н.В.Перцев обследовали церковь Ризопложения в селе Бородава Кирилловского района. Я.П. Гамза, визуально изучив иконы, сделал предположение, что деисусный чин ( 10 икон), три иконы из местного ряда и одна икона из алтаря (“Распятие”) созданы великим русским иконописцем Дионисием с мастерами. Ученый полагал, что они находились в Ферапонтовском Соборе, но после случившегося там пожара на рубеже XVII-XVIII веков, их перенесли в приписную церковь. В 1937 году Н.В. Перцев сделал пробные расчистки некоторых памятников. Это исследование позволило свести количество дионисьевских икон до пяти           ( храмовые иконы Положение ризы и пояса Богоматери”, “Троица”и деисусные – “Василий Великий”, “Георгий”, “Дмитрий Солунский”). Также Я.П. Гамза поставил вопрос о необходимости “переброски всего редкостного и первоклассного архитектурно-живописного комплекса ц. Ризоположения на территорию Кирилловского музейного заповедника”. Но планам этим суждено было сбыться только в 1957-м году.

С началом Великой Отечественной войны обследование и реставрация иконного фонда прекратилась. Главной задачей, вставшей перед сотрудниками в это сложное время, было сохранение коллекции.

После войны в 1950-60-е годы реставрация произведений иконописи становится регулярной, занимались ею в основном два учреждения – Государственная центральная художественная реставрационная мастерская им. И.Э. Грабаря (ГЦХРМ ) и Государственный Русский Музей ( ГРМ ).

В 1957 году сотрудники ГЦХРМ им. И.Э. Грабаря осмотрели иконный фонд в хранилищах, экспозиции и иконостасах. Оказалось, что значительная его часть, требует реставрации. 30 особо аварийных икон были укреплены. С этого времени специалисты ГЦХРМ ежегодно на летний сезон приезжали в Кирилловский музей для проведения реставрационно-консервационных работ на месте. За 10 лет через их руки прошло более сотни памятников из храмов Кирилло-Белозерского и Надвратных церквей Ферапонтова монастырей. Около 30 икон было отреставрировано в Москве. Среди них и иконы ц. Ризоположения. 

Музей активно сотрудничал в это время и с Русским музеем. Осмотром и отбором произведений для реставрации занимались тогда Николай Васильевич Перцев и Самуил Федорович Коненков.   Специалистами ГРМ было отреставрировано порядка 20 икон XYI-XYII веков из Кирилло-Белозерского монастыря и Собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря. В том числе и несколько произведений, вывезенных в Русский Музей еще в 1922 году. В 1961 году они были возвращены. Половину памятников (9) вернул к жизни в период с 1958 по 1971 годы выдающийся отечественный реставратор - Николай Васильевич Перцев. Среди них – такие признанные шедевры русского искусства, как иконы из Ферапонтовского Собора Рождества Богородицы, созданные Дионисием в начале XVI века “ Василий Великий “, “Богоматерь Знамение, Давид и Соломон” и “ Пророки Даниил, Иеремия, Исаия”. А также икона из знаменитого иконостаса 1497 года Успенского Собора Кирилло-Белозерского монастыря “ Пророки Осия, Амос, Софония”. Эти произведения украшают сейчас главную экспозицию музея в Архимандричьих кельях.

В 1964 году заведующая фондами музея А.А. Кашина составила первый план реставрационно-консервационных работ. Он включал в себя отдельные иконы XVI века, а также иконостасы Успенского Собора, ц. Иоанна Лествичника, ц. Преображения, придела преп. Дионисия Глушицкого ц. Сергия Радонежского. Всего 164 произведения. Список памятников был направлен во Всесоюзную центральную научно-исследовательскую лабораторию консервации и реставрации ( ВЦНИЛКР ). Этот план стал программой для реставраторов на будущие десятилетия.

Реставрационные работы в 1970 - 80-е годы приобрели большие масштабы и носили комплексный характер, одновременно с реставрацией храмов, шла реставрация иконостасов, четыре крупнейших учреждения занимались возрождением иконописи Кирилло-Белозерского музея: Всесоюзный научно-исследовательский институт реставрации (ВНИИР, до 1979 г. - ВЦНИЛКР), Всероссийский художественный научно-реставрационный центр им. академика И.Э. Грабаря (до 1973-г.- ГЦХРМ), Межобластная специальная научно-реставрационная производственная мастерская треста “Росреставрация» (МСНРПМ), Вологодская специальная научно-реставрационная производственная мастерская (ВСНРПМ, вологодский участок МСНРПМ), кроме того, с 1972 года в штате музея появился собственный реставратор темперной живописи.

Огромную работу провел Отдел реставрации темперной живописи ВНИИР, возглавляемый О.В. Лелековой. Его специалисты в течение 20 лет, используя новые, разработанные ими методики отреставрировали несколько иконостасов XV - XVIII веков: Успенского Собора, ц. Иоанна Лествичника, ц. Епифания, ц. Иоанна Предтечи.

В 1980-е годы для посещения открылся интерьер ц. Преображения с 4-х ярусным иконостасом XVI века и иконостасами приделов XYIII века. Их реставрацию проводили ВХНРЦ им. И.Э. Грабаря и бригада И.П. Ярославцева МСНРПМ.

Кроме того, ВХНРЦ во 2-й половине 1970-х годов работал с иконостасами Надвратных церквей и Собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря.

В свою очередь МСНРПМ в Ферапонтовом монастыре реставрировала иконостасы церквей Благовещения и Мартиниана.

Реставраторы ВСНРПМ работали с отдельными памятниками и иконостасом конца XVII века церкви Ильи Пророка г. Белозерска.

Много сделали в эти годы и собственные сотрудники. Они не только занимались реставрацией, но и регулярно проводили осмотры фонда, оформляли реставрационные документы, составляли научные паспорта.

Мероприятиями, которые подводили итоги работы реставраторов, были выставки. Кирилло-Белозерский музей активно в них участвовал.

Среди выставок, можно назвать такие: “ Реставрация музейных художественных ценностей в СССР” ( Москва, ВЦНИЛКР, 1977 г.), “ 60 лет реставрации “ ( Москва, ВХНРЦ им. И.Э.Грабаря, 1978 г.), “Новые открытия советских реставраторов” ( Ленинград, ВХНРЦ им. И.Э.Грабаря, 1979 г. ), “Древнерусское искусство. Новые открытия” ( Москва, ВХНРЦ им. И.Э.Грабаря, 1979 г. ) , “ Новое в работе советских реставраторов” (Италия, Министерство культуры СССР, 1979 г.). 

Крупнейшим событием в культурной жизни страны стала выставка “Кирилловский иконостас XV века”, организованная в Москве в 1980 году ВНИИР совместно с несколькими музеями - Кирилло-Белозерским, ГРМ, ГТГ, музеем им. А. Рублева. На ней был представлен грандиозный иконостас Успенского Собора, созданный ведущими московскими мастерами в 1497 году по заказу Кириллова монастыря.

Последнее десятилетие XX века - это сложный период в жизни музея. Недостаточное государственное финансирование привело к тому, что масштабы реставрационных работ резко сократились. Реставрацией иконописи занимались в это время ГосНИИР (до 1991 года - ВНИИР), объединение “Вологдареставрация” (ранее - ВСНРПМ), братья Федышины, а также музейные специалисты. Они в основном работали над осуществлением старых реставрационных проектов. Продолжалась реставрация памятников ц. Ильи Пророка г. Белозерска, готовились иконы к выставке “Преподобный Кирилл Белозерский и святые русского Севера”. А также проводилось укрепление, раскрытие отдельных икон из собрания музея. В результате, было отреставрировано несколько десятков произведений XVII – начала XX веков. В 1998 году музей принял участие в выставке “Возрожденные шедевры Русского Севера: Исследование и реставрация памятников художественной культуры Вологодской области”, проходившей в Вологде.

Особенностью последних лет является то, что изменились источники финансирования реставрационных работ. Теперь на их проведение используются не только государственные, но и часть собственных средств музея. Кроме того, взят курс на реставрацию по целевым программам.

Подводя итоги, можно сказать, что проделанная реставраторами огромная работа в прошедшие десятилетия, возвратила к жизни более трети иконного фонда. Многие возрожденные произведения, были созданы ведущими отечественными мастерами и признаны шедеврами нашей культуры. Реставрация позволила ввести в научный оборот новые памятники, дала возможность построить новые экспозиции, открыть для посетителей интерьеры церквей с иконостасами XVI- XVIII веков. Все это, в результате, способствовало повышению интереса к русскому церковному искусству и древним монастырям у нас и зарубежем, у любителей старины и специалистов.