Документы свидетельствуют, что основу монастырского братства составляли выходцы из дворянских родов, а также мещане и зажиточные крестьяне. Пять херсонесских монахов, служивших в монастыре в разные годы, имели степень кандидатов богословия. Это определяло не только высокую духовную атмосферу, царившую в монастыре, но и особое, почтительное отношение к херсонесским древностям.

18 марта 1861 года Херсонесскую обитель возвели в степень первоклассного монастыря. В этом же году 23 августа император Александр II с императрицей Марией Александровной заложили первые камни соборного храма во имя святого равноапостольного князя Владимира. Император пожертвовал деньги на отливку трехпудового колокола и Корсунскую икону Божией Матери, особо почитавшуюся в монастыре. Согласно легенде, она была копией иконы, которую в 988 году вывез из Херсонеса князь Владимир. Монастырь стал крупным землевладельцем. Росла и известность обители. Ее посещали путешественники, ученые, императоры и члены их семей: Александр III, Николай II, великие князья. Для паломников построили двухэтажную гостиницу, в 1914–1916 годах – новые келлии, трапезную. 17 октября 1891 года в еще не законченном соборе освятили верхний храм во имя святого равноапостольного князя Владимира.

Вблизи Владимирского собора находился погост монастыря. До наших дней сохранились лишь несколько могил, в том числе первого заведующего раскопками Херсонесского городища К. К. Косцюшко-Валюжинича. Известны захоронения и во Владимирском соборе: в 1898 году – архиепископа Симферопольского и Таврического Мартиниана, в 1919 – настоятеля монастыря архимандрита Иннокентия (Солодчина).

Руины древнего городища, предметы старины, которые были обнаружены на его территории, постоянно привлекали внимание жителей и гостей Севастополя. Причем самовольные раскопки время от времени принимали массовый характер. Руководство монастыря и его обитатели заботились о сохранении и сбережении памятников христианской культуры, по мере возможности старались не допускать разграбления херсонесских святынь. Настоятель Херсонесского монастыря, иеромонах Евгений, обращался в Севастопольскую городскую полицию по поводу охраны древних памятников. Он не раз высказывал беспокойство по поводу не прекращающихся хищений с территории городища древностей и просил городские власти «довести до всеобщего сведения о запрещении подобных выходок неблагомыслящих людей и о том, что всякий поступок такого рода будет подводиться под статью церковного грабительства». На просьбу настоятеля власти отреагировали достаточно оперативно: они опубликовали специальное заявление от своего имени о том, что «если кто-либо из прихожан будет покушаться брать какие-либо остатки из древнего Херсонеса, то с пойманными, как с не повинующимися указам правительства, будет поступлено по закону».

Монастырь несколько лет вынужден был самостоятельно заниматься археологическими изысканиями. В значительной степени это было связано со строительными работами и обустройством территории. Естественно, что раскопки проводились не подготовленными для такого рода работ людьми. Это обстоятельство не могло не волновать Императорскую Археологическую комиссию (ИАК), осуществлявшую по всей территории России надзор за исследованиями археологических объектов. От ее имени настоятелю Херсонесского монастыря архимандриту Евгению графом С. Г. Строгановым в конце 1860 года было направлено письмо следующего содержания: «Ваше Высокопреподобие милостивый государь отец Игумен! Господин министр Императорского Двора сообщил мне, что, занимаясь археологическими изысканиями в развалинах древнего Херсонеса, Вы открыли улицу, множество фрагментов и отчасти стен, одну молитвенную храмину при усыпальнице, где на стенах сохранилась живопись, много древних монет, крестов и икон, и просите об отпуске Вам на сей предмет какого-либо пособия. Будучи готов исполнить Ваше желание, тем более что Одесское общество истории и древностей, признавая полезным археологические изыскания на месте древнего Херсонеса, указало на Вас и господина Аракса как могущих принять на себя это дело. Покорнейше прошу Вас сообщить мне, насколько это Вас не затруднит». Энергичный, настойчивый отец Евгений осуществлял надзор за производством археологических работ в Херсонесе вплоть до 1874 года, будучи действительным членом Императорского Исторического музея в Москве.