Dal 18 dicembre 1897 e fino al 1932, presso la Chiesa dei Santi Sergio e Bacco era in funzione il Collegio ruteno (ora Pontificio collegio ucraino di San Giosafat). Dal 1932 al 1961, la chiesa e gli edifici adiacenti appartenevano all'ordine basiliano di San Giosafat. Nel 1960 i monaci basiliani trasferirono la loro sede nel nuovo edificio, il monastero sull'Aventino. Allo stesso tempo, la Chiesa dei Santi Sergio e Bacco con l’annessa casa divennero proprietà del Pontificio Collegio Pio Latino Americano, che poi rivendette la chiesa, insieme agli annessi, alla compagnia secolare Florio-Tonelli.
Dopo la liberazione dal Gulag siberiano e l’arrivo a Roma nel 1963, il metropolita Josyp Slipyj si mise immediatamente al lavoro per riprendersi il complesso della chiesa e proseguire con il suo restauro. Nel 1970 la chiesa e gli edifici adiacenti divennero di nuovo proprietà della Chiesa greco-cattolica ucraina. Nello stesso anno, grazie agli sforzi del patriarca Josyp, il cardinale Angelo Dell'Aqua (9 dicembre 1903 - 27 agosto 1972), vicario del Papa per la diocesi di Roma, con il decreto «Pastoris vigilantis» dell'8 settembre istituì una parrocchia personale per i cattolici ucraini di rito bizantino, «affinché i fedeli di Cristo che provengono dal popolo ucraino e vivono in diverse parti di Roma, si possano unire spiritualmente e ricevere le cure adeguate».
Negli anni ’70 nella cripta della chiesa furono condotti degli scavi archeologici. I loro risultati dimostrano che non si tratta soltanto di un ambiente sotterraneo formatosi durante la costruzione della chiesa. Gli esperti sostengono che la chiesa fu costruita sui resti di un edificio del II secolo a.C., e che potrebbe trattarsi del palazzo - a suo tempo riccamente decorato - di un antico nobile romano.
L'11 luglio 2019, il Santo Padre Francesco con la bolla «Christo Salvatori» ha istituito l'Esarcato apostolico in Italia per gli ucraini di rito bizantino. La cattedrale della nuova struttura ecclesiastica è diventata la Chiesa parrocchiale dei Santi Martiri Sergio e Bacco e dell'icona di Žyrovici della Santissima Madre di Dio a Roma.
