La facciata della chiesa subì ricostruzioni del 1729 e del 1741, così come quella del 1896, l’anno dal quale, sostanzialmente, conserva il suo aspetto attuale. Nel 1896, ai tempi del pontificato di Papa Leone XIII (1878–1903), sotto la guida di Ettore Bonoli furono aggiunte quattro nicchie per ospitare le statue di quattro grandi maestri della Chiesa orientale: Giovanni Crisostomo, Basilio Magno, Gregorio Teologo e Atanasio il Grande. Sulla facciata dell'edificio sacro è raffigurato lo stemma di questo papa e l'emblema dell'Ordine di San Basilio Magno, la cui curia generale, insieme alla sede del procuratore della chiesa di Kyiv, dal 1932 si trovava nella chiesa dei Santi Martiri Sergio e Bacco.
La facciata del santuario ucraino a Roma acquisì il suo aspetto moderno durante la ricostruzione del 1969-1975. Nel 1975, sul frontone della chiesa comparve lo stemma patriarcale di Josyp Slipyj (17 febbraio 1892 - 7 settembre 1984) raffigurante la croce patriarcale, la mitra, la pastorale e la Madre di Dio con le mani alzate in preghiera (Oranta), con l’iscrizione latina «Per aspera ad astra» («Attraverso le spine alle stelle»). Inoltre, sul fregio in basso vi è un'iscrizione in latino, «Restituit et restauravit Ioseph I Card Slipyi a MMCMLXIX MCMLXXIII» («Josyp I cardinale Slipyj restituì e restaurò la proprietà della chiesa e della corte, 1969-1973»).
Sempre nel 1975, le nicchie della facciata furono decorate con quattro statue in marmo di alti dignitari della chiesa che ebbero un importante ruolo nel passaggio di questo santuario alla Chiesa ucraina. In alto a destra vi è la figura del papa Urbano VIII che donò questa sede al popolo ucraino. E in alto a sinistra è posta la figura marmorea di suo fratello, il cardinale Antonio Barberini, grande mecenate che acquistò e costruì edifici intorno alla chiesa per le esigenze dei procuratori del metropolita di Kyiv, che a quei tempi furono scelti tra i monaci basiliani. Nella parte inferiore, a sinistra, si trova la statua del metropolita Josyf Veliamyn Rutsky che fece il possibile per acquisire questa sede a Roma per le necessità della Chiesa unita ruteno-ucraina, mentre sulla destra spicca la statua del patriarca Josyp Slipyj che restituì e restaurò questo importante monumento della presenza della Chiesa ucraina a Roma.
L'autore delle statue in marmo è lo scultore italiano Ugo Mazzei.
