В самом начале века Просвещения село перешло к князю Дмитрию Михайловичу Голицыну (1665-1737) и оставалось во владении этого старинного рода до 1810 года. При его внуке - князе Николае Алексеевиче, затеявшем в 1780-е годы большое строительство парадной усадьбы в западной части имения, бывшим усадебным постройкам не уделялось большого внимания. И только при новом владельце, князе Николае Борисовиче Юсупове, наметились изменения в их облике: в 1823-24 годах недалеко от храма Архангела Михаила по проекту известного архитектора Е.Д. Тюрина начали строить «Святые Ворота»; позднее – храмовую ограду. Затем была осуществлена перестройка и самого храма:

• небольшой южный придел Иоанна Крестителя был разобран, перенесен к востоку, достроен до размеров северного и стал ему симметричен;
• декоративные кокошники храма закрыли четырехскатной железной кровлей, окна растесали;
• осиновый лемех, покрывающий главы храма, был заменен железным покрытием;
• с западной стороны пристроили галерею, в которой в 1848 году и был прорублен вход в храм. Тогда же маслом по штукатурке сделали росписи.

За две недели до приезда в усадьбу императора Александра I, в мае 1818 года, в Архангельском приступили к строительству каменной колокольни, превратив территорию, прилегающую к храму, в одну большую строительную площадку: «Его Сиятельство Князь Николай Борисович...приказать изволил написать в Канцелярию, дабы оной при подряде к деланию в Архангельском колокольни каменщиков было объявлено, что в нижнем ярусе колокольни вместо глухих с трех сторон стен (как значит в плане) сделать арками, как и на передней лицевой стороне, а равно и вместо Главы сделать шпилем. Каким же манером оной шпиль назначен, архитектор Стрижаков, соглашаясь с назначением Его Сиятельства, сделает рисунок, который будет доставлен в Канцелярию...». Работы осуществлялись подрядчиком Прохором Сафроновым Нарышкиным. 22 мая при закладке колокольни был отслужен молебен, и уже 7 июня для колокольни из Спасского доставили первые 60 из необходимых 160-ти пудов старого связного железа и 45 пудов железа полосного «для скрепления в нижнем ярусе столбов». В конце июня один этаж колокольни был уже готов. Три недели спустя «...Г-н Архитектор Степан Петрович Мельников ...назначил, чтоб у строящейся колокольни под зубцы сделать и в стену заложить выпуски вместо деревянных для безопаснейшей прочности железные...». 18 июля «...каменщики кладку при Архангельской церкви из кирпича колокольни...покончили, и господин Архитектор Степан Петрович Мельников, бывши 22го числа сего июля в Архангельском, складенную каменщиками от подрядчика Нарышкина Каменную Колокольню осматривал и ничего сумнению подлежащего в оной не нашел...». По завершении строительства из Купавны специально для колокольни были доставлены башенные часы. Судя по документам, работы в 1818 году не были завершены до конца и продолжились в 1819 и 1820-м. Два верхних яруса колокольни были разобраны в период Московской битвы в 1941 году, чтобы не привлекать внимание фашистской авиации, а остальное было утрачено в 1960-е годы. До настоящего времени сохранился только её фундамент.

В начале 1887 года при князе Н.Б. Юсупове-младшем недалеко от храма было закончено строительство людского флигеля, или богадельни, как его стали называть. Через год с южной стороны храма, рядом с приделом Иоанна Предтечи, в связи со смертью от тифа в возрасте 22-х лет княжны Татьяны Николаевны, устроили склеп. Несколько позднее в него были помещены еще два цинковых гроба: с прахом младенца, мертворожденного в 1888 году старшей дочерью князя Николая Борисовича Юсупова-младшего Зинаидой Николаевной после того, как она ухаживала за больной тифом сестрой, и в 1908 году - ее старшего сына Николая Феликсовича Юсупова, погибшего 22 июня на дуэли. Над склепом в начале ХХ века была установлена скульптура М. Антокольского «Ангел молитвы», имевшая черты портретного сходства с усопшей княжной Татьяной. Так окончательно сформировалась храмовая территория в старой части усадьбы.

В начале XХ века при последней владелице усадьбы княгине Зинаиде Николаевне Юсуповой архитектор, инженер, академик Петербургской Академии художеств Н.В. Султанов занимался проектом перестройки храма Архангела Михаила. То, что храму отводилось значительное место в жизни усадьбы, свидетельствовал и тот факт, что супруг Зинаиды Николаевны граф Феликс Феликсович Сумароков-Эльстон – генерал-лейтенант, генерал-адъютант великого князя Сергея Александровича, в 1895 году исполнял также и обязанности церковного старосты.

В 1903 году известный русский художник В.А. Серов, работавший над созданием портретов членов семьи Юсуповых в Архангельском, написал икону для храма.

После революции 1917 года Архангельское находилось под охраной государства, а 1 мая 1919 года в усадьбе был открыт музей.

Исследовательские и реставрационные работы 1964-65 годов в основном вернули храму первоначальный облик, сохранив без изменения только южный придел как достройку более позднего времени. Вход в храм Архангела Михаила также восстановили на период конца XVII века. Помещение стало использоваться как выставочный зал для демонстрации живописи и икон.

С 1994 года храм вновь стал окормляться Московской патриархией, а как памятник истории и культуры продолжает являться частью Государственного музея-усадьбы «Архангельское» и охраняется государством. Кресты на главах храма были восстановлены и позолочены также в 1990-е годы. Первое богослужение совершилось в нем 11 сентября 1994 года