Святий Антоній за три роки повернувся до Києво-Печерської лаври, а монастир існував і більшав. У середині XII століття на місці дерев’яної церкви звели кам’яну. Під час ординського нашестя XIII століття церква, як і весь монастир, була значною мірою зруйнована. Відроджуватися монастир почав лише в XVI столітті. Тоді церква була відновлена ​​і добудована, і її архітектура набула рис українського бароко. Декор тодішнього інтер’єру церкви практично повністю втрачено. З кінця XVIII століття зберігся лише іконостас у стилі рококо, створений у 1774 році. До закінчення в монастирі будівництва Троїцького собору (1679-1695) в Іллінській церкві зберігалася чудотворна ікона Божої Матері, написана в 1654 році тутешнім ченцем Геннадієм (в миру Григорієм Дубенським). Цей видатний твір українського живопису XVII століття зберігся лише у списках. 1967 року Іллінський храм став музеєм – частиною заповідника "Чернігів стародавній". У 1970-х роках минулого століття в церкві було проведено реставрацію, проект якої виконала відомий архітектор Маріоніла Говденко.