Гонения на церковь, начавшиеся после революции 1917 года, коснулись и Казанского собора. С него был снят крест и заменён шпилем. Интерьер собора сильно пострадал при изъятии в 1922 году церковных ценностей. Храм перешел в руки обновленцев и после закрытия в 1928 году Исаакиевского кафедрального собора получил статус кафедрального собора обновленческой Ленинградской епархии, а в 1932 был закрыт как действующая церковь.
15 ноября 1932 в Казанском соборе открылся Музей истории религии и атеизма.