Золоті ворота не згадуються у писемних джерелах у період після грудня 1240 року (монгольська навала) до XVI століття. Джерела XVI–XVII століть уже свідчать, що ворота перебувають у напівзруйнованому стані^[9]. Мартін Ґруневеґ, львівський купець та мандрівник, писав 1584 року:

Про це свідчать і малюнки голландського художника Абрагама ван Вестерфельда (1651). Золоті ворота за його часів ще мали арки, у проїзду було склепіння й збереглися рештки надбрамної церкви. Відомо, що у 1648 році саме біля Золотих воріт вітали Богдана Хмельницького після перемоги над польським військом^[12]. Зважаючи на потребу захисту Києва від ворогів — спершу поляків, потім турків — у середині XVII ст. почалася реконструкція фортифікаційних споруд міста. Вали ввійшли до основи Старокиївської фортеці — дерев'яні оборонні споруди розібрали, земляні вали досипали і встановили гармати на верхніх майданчиках. Перед Золотими воротами було збудовано земляні бастіони й у них розмістили гарнізонну варту. Таким чином Золоті ворота служили для захисту міста у складі фортеці до середини XVIII століття, коли їх було визнано як небезпечні й засипано землею, щоб уберегти від руйнування^[13].

З 20-х років XIX століття розпочалося археологічне дослідження Києва. Розкопку Золотих воріт було проведено у числі перших, і здійснено це було «складчиною з любителів священних старожитностей» (за підпискою)^[13]. Оскільки 1832 року царем Миколою I руїни пам'ятки було визнано як «варті збереження», на їхні розкопки почали виділяти державні кошти із 1833 року. Дозвіл на археологічні розкопки надав київський генерал-губернатор Василь Левашов, а ініціатором виступив Кіндрат Лохвицький, археолог-аматор і чиновник з особливих доручень при генерал-губернаторові^[13].

Стан воріт значно погіршився за час перебування під землею. Було розкрито дві паралельні стіни, довжина яких становила 25 метрів (східний пілон) і 13 метрів (західний), а висота була близько 8 метрів^[13]. Сім пар пілястр було нараховано на внутрішніх поверхнях стін проїзду, а простір між пілястрами було прикрашено невеликими двоступінчастими нішами. Мурування воріт є схожим до Софійського собору — було використано змішану техніку («opus mixtum»), коли чергуються різні за розміром природні камені з рядами цегли (плінфи)^[13].

25 червня 1834 року (на день народження імператора) відбулося урочисте відкриття Золотих воріт — вони були освячені і «вілюміновані»^[13].

Для збереження пам'ятки були потрібні заходи. Протягом 1835–1836 рр. верхню частину стін було залито вапняним розчином, а на руїни поклали дерен. 1837 року інженер Ф. Мєхович звів контрфорси біля східної стіни і з'єднав стіни залізними в'язями із кільцями^[13].

Згодом провадилися роботи з укріплення руїн: на окремих ділянках зроблено ремонт стародавньої кладки, зведено контрфорси, влаштовано металеві зв'язки, територію навколо залишків пам'ятки оточено чавунною огорожею. У такому вигляді Золоті ворота дійшли до нашого часу. Однак від атмосферних опадів пам'ятка руйнувалася й далі, що надзвичайно непокоїло вчених. У 1970-і роки було прийнято рішення звести над залишками павільйон, який не тільки захищав би їх, а й відтворював первісний вигляд споруди.