В конце 1750-х годов проект перестройки комплекса составил архитектор А. Ринальди, но его замысел осуществления не получил.
Позже расширенный проект реконструкции Конюшенного двора с заменой некоторых существующих зданий представил архитектор Тромбара, и императрица Екатерина II утвердила его 25 февраля 1782 года. Однако в 1787 году перестройку остановили и вернулись к ней только в начале 1800-х годов. На этот раз разработку проекта поручили городскому архитектору Луиджи Руска, тот завершил работу над ним в 1804 году.
В 1817-1823 годах архитектор В.П. Стасов капитально перестроил здание конюшен, использовав старые фундаменты и не разрушая его стен. Сохранив первоначальную планировочную композицию, зодчий талантливо увязал строения с местностью. Корпуса конюшенного ведомства следуют изгибу реки Мойки, затем направляются вдоль Екатерининского канала, обрамляют площадь и, скругляя угол по Конюшенному переулку с помощью эффектной дорической колоннады, замыкают огромное пространство с двумя внутренними павильонами, предназначенными для хозяйственных целей.
Сами конюшни занимали корпуса на набережной Мойки. В них зодчий применил ряд технических новшеств: чугунные колонны, перекрытия и водоводы, изготовленные на казенных чугунолитейных заводах. Подачу воды механизировали. Ее стала подавать в помещения паровая машина. В водопойных залах оборудовали специальные гранитные чаши. Вдоль Екатерининского канала заново соорудили манеж на месте снесенного жилого корпуса.
Доминирующим объектом площади стало здание бывшей Конюшенной церкви, построенной В.П. Стасовым в течение 1819 года. Сооруженный храм завершался пологим куполом и круглыми звонницами. Стройный четырехколонный портик ионического ордера установлен в глубокой лоджии, позже заложенной. На поверхности стен выделяются барельефы «Вход в Иерусалим» и «Несение креста» работы скульптора В.И. Демут-Малиновского, знаменитого мастера монументально-декоративной пластики позднего классицизма.
Сооружение всех строений и отделка корпусов Императорского конюшенного ведомства завершил архитектор в конце 1823 года. Окрашенное в светло-серый цвет с белыми деталями, здание конюшен стало украшением столичного города, несмотря на его чисто утилитарное, хозяйственное назначение. «Петербургский журнал изящных искусств» опубликовал тогда статью, в ней отмечалось, что «конюшенное здание, равно как и церковь, получили новую фасаду по проекту Стасова, который давно уже известен многим хорошими произведениями. Не входя в разбор сего строения, во многих отношениях заслуживающего похвалу, скажем, что г. Стасов почитается одним из лучших наших зодчих и имеет отличные сведения по своей части».
В начале 20-х годов прошлого столетия храм закрыли, и помещениях Конюшенной церкви размещались поочередно различные государственные учреждения, в том числе и проектная организация «Гидропроект».
В 1990 году Конюшенную церковь восстановили не без утрат относительно первоначальной постройки. В настоящее время это — действующая православная церковь Спаса Нерукотворного Образа.