После переноса столицы в Санкт-Петербург Коломенское утратило статус царской резиденции. Несмотря на то, что при Петре I якобы «старый дворец снабдили новым фундаментом и вообще поправили, так что он теперь долго простоит, изменений в нём однакож никаких не сделано, напротив, сохранено всё в первобытном виде», а при Елизавете Петровне производили ремонт «в самых нужных покоях», здание обветшало и пришло в аварийное состояние. В 1762-м по приказу Екатерины II архитекторы под руководством Ивана Мичурина осмотрели дворец, сделали обмеры и чертежи. В 1770-е годы для Екатерины II в Коломенском рядом с храмом Вознесения построили новое четырёхэтажное здание. При этом использовались оставшиеся от прежнего разобранного дворца качественные строительные материалы. Два нижних яруса были каменные, верхние — деревянные^[10]. Новое строение пострадало при оккупации столицы в 1812 году и было разобрано.
При Николае I архитектор А. И. Штакеншнейдер разработал проект постройки Коломенского дворца. Предполагалась включение древней церкви Вознесения в ансамбль дворца с созданием её копии на другом крыле, но стройка так и не началась. В конце XIX века исследователь древнерусского зодчества А. А. Потапов создал рисунки Коломенского дворца. На основе сохранившихся материалов в 1930—1950-е годы художник Дмитрий Сухов и исследователь И. В. Маковецкий попытались создать план достоверной реконструкции древнего Коломенского. Однако большинство работ было утрачено.
В 1923 году был основан музей деревянного зодчества под открытым небом«Коломенское». В 1929-м начались археологические раскопки на территории, где раньше стоял дворец. В результате работ вскрыли остатки построек, нашли фрагменты строительного материала, бытовой керамики, изразцов. В конце 1990-х годов исследования продолжили и частично открыли белокаменные фундаменты дворцовых построек, уточняющие расположение царских хором.