Землетрус 1742 року пошкодив дзвіницю. Над її відбудовою і оздобленням декоративними ліпним деталями працювали петербурзький архітектор І. Шедель і талановиті українські майстри Іван та Степан Стобеські. В 1744 – 1748 роки замість двох розібраних верхніх ярусів були зведені нові, й навколо монастиря споруджено високу кам’яну огорожу.

Від удару блискавки у 1807 році барочний купол дзвіниці згорів. При відбудові у 1812 році його замінили на восьмигранний, над яким підносилась мала главка з високим конусовидним шпилем, що підтримував хрест.

З розвитком ансамблю та забудовою площі і прилеглих до території монастиря вулиць, дзвіниця почала втрачати домінуюче значення. Тоді в 1850 – 1852 роках за проектом П. Спарро був надбудований ще один ярус і куполу знову було надано барочної грушоподібної форми. Загальна висота споруди досягла 75 метрів.

Дзвіниця складається з чотирьох ярусів, які поступово звужуються до гори і дані. Перший та другий яруси в плані мають форму прямокутника, а третій та четвертий восьмикутника. Довші їх боки, орієнтовані на захід та схід, а коротші на південь та північ. Відповідно до цього дзвіниця має чотири фасади: східний, західний (головні), південний та північний.

В першому ярусі по осі схід-захід розташований склепистий проїзд – головний тріумфальний в’їзд до монастиря. Він вирішений у вигляді порталу, архітектурні рішення якого тісно пов’язане із загальною композицією фасаду. Строгі форми східного фасаду створюють враження урочистості та офіційності. Західний фасад вирішений значно скромніше. Разом із тим він більш насичений скульптурою, що надає йому інтимності та м’якості. Південний та північний фасади, схожі між собою, але різко відрізняються від східного та західного. Перший ярус, прикрашений ліпним орнаментом. Усі фасади другого ярусу розчленовані пілястрами, а в центрі кожного з них розміщені прорізі з наличниками.

Декоративне рішення третього ярусу значно багатіше, пишніше та вишуканіше. В його ліпному орнаменті примхливо переплелися народні мотиви з класичними. Маски, валюти, овальні медальйони, листи аканта та двоглаві орли вільно поєднуються у ліпному декорі. Замість великого прорізу тут розміщено овальне вікно для годинника. На панелях східного та західного фасадів розміщені скульптурні постаті великого князя Володимира Святославича, апостолів Андрія Первозванного, Тимофія та архангела Рафаїла.

Архітектурно декоративні композиції четвертого ярусу, зведеного у 1853 році, значно простіші, ніж оздоблення інших ярусів.

Висока грушоподібна баня з ліхтариком і невеликим верхом з хрестом укрита позолоченими мідними листами.

Рідкісний за багатством орнаментальних мотивів, мальовничістю та якістю виконання скульптурний декор збагачує пластичний образ дзвіниці й допомагає розкрити її ідейно-художній зміст. В основному ліпні роботи виконувались на стіні по мокрій штукатурці. Найбільш відповідальні деталі – маски, ангели, фігури святих – ліпили в низу й через спеціально залишені отвори прибивали цвяхами до кладки.

Виявленню архітектурних форм і деталей, посиленню емоційної виразності дзвіниці сприяє колір. За час існування дзвіниця змінювала свій колір 7-8 разів. Спочатку вона була пофарбована поліхромно: поле стін – синє, ліпний орнамент – кольору слонової кістки, обличчя та руки святих і ангелів розмалювали жовтою фарбою, волосся – чорною, одяг – червоною, зеленою, коричневою тощо. Різною фарбою покривали і також ліпний орнамент, причому інтенсивність коляру залежала від висоти: чим вище, тим коляр застосовувався більш насичений. Теперішнього характеру пофарбування двома кольорами (виступаючі частини – білі, фон – яскраво-бірюзовий) дзвіниця набула після надбудови.

Створена українськими майстрами Софійська дзвіниця зберегла риси народної архітектури, надала ансамблю нового художнього звучання.

Софія Київська, як і інші монументальні споруди того часу, побудована на стрічкових фундаментах, викладених із бутового каменю. Нижні частини стін теж вмуровувались із крупних природних каменів (граніт, червоний кварцит) на розчині з вапна і товченої цегли – так звані цем’янці, яка надавала розчинові гідравлічних властивостей і приємного рожевого кольору, близького до кольору стандартної цегли. Нерівності кам’яної кладки вирівнювались оранжево-рожевою цеглою – плінфою – на шарі розчину майже однакової товщини із плінфою. При цьому горизонтальні ряди плінфи через один трохи заглиблювались у товщину стін, а проміжки між ними заповнювались розчином і загладжувались. Завдяки цьому утворювалась смугаста фактура стін із рядів плінфи і товстого шару розчину, в якому видно природне каміння кладки.

У міру зведення стін кількість і розміри природних каменів зменшувалась, поступаючись місцем муруванню з плінфи. У стовпах не великого перерізу, арках, склепіннях і куполах природні камені не застосовувались, їх умуровували лише з добре випаленої цегли – плінфи на вап’яно-цем’яному розчині.

У Софії Київський до наших днів збереглися цілі композиції й окремі мозаїчні зображення XI століття,що являють собою елементи монументально-декоративного оздоблення.

Мозаїки Софії Київської підпорядковані загальному архітектурно художньому задуму споруди. Мозаїки суцільно вкривають добре освітленого центрального під купольного простору і головного вівтаря.

Установлено, що загальна площа композиції мозаїчного живопису XI століття первісно складала 640 кв. метрів. До наших днів збереглося 240 кв. метрів.

Мозаїка виконана з дрібних кубиків смальти (розмір їх коливається від мм до мм) і незначної кількості дрібнозернистого вапняку.

Київські мозаїки відрізняються багатством колориту, великою різноманітністю колірних відтінків. У складі палітри наявні прозорі й непрозорі квадратні кубики. Як показали дослідження, палітра Софійських мозаїк складається із 177 відтінків.

У відповідності з візантійським типом, хрестокупольного храму, в загальній побудові розпису панувала сувора система розміщень зображень. Купол церковної будови розглядався як небо, де перебуває бог. Саме тому над усім внутрішнім простором на висоті 29 метрів в центрі купола панує грандіозне мозаїчне погруддя Христа у вигляді Пантократора (“вседержителя”) у