А для разросшейся государевой казны у восточной стороны храма соорудили специальное двухэтажное хранилище – Казенный двор. Кстати, Казенная палата мешала расположить окна в центральной апсиде привычно и поэтому вместо одного широкого было два узких окна.
В 1508 году была вызолочена центральная глава, а во второй половине XVI века все главы и крышу покрыли золочёной медью, из-за чего собор стали называть «златоверхим». Сын Ивана III, великий князь Василий III, в самом начале своего правления повелел благолепно украсить иконы Благовещенского собора золотыми и серебряными окладами и расписать его. И тогда-то в настенной росписи на паперти Благовещенского собора появились изображения древнегреческих языческих мудрецов, живших до Рождества Христова: Аристотеля, Фукидида, Птолемея, Зенона, Плутарха, Платона и Сократа со свитками в руках, содержащими философские изречения, близкие к истинам христианского учения. Уникальной росписи кремлевского Благовещенского собора неоднократно пытались найти объяснения в исторической литературе.
Собор серьёзно пострадал при пожаре 1547 года. К этому времени он уже стал частью великокняжеского дворца и соединялся ступенчатым переходом с его парадными и жилыми покоями. Обычное название Благовещенского собора в документах XVI–XVII веков – на «Государевом дворе», «на сенях», то есть при входе во дворец. После пожара 1547 года для иконостаса были подобраны два древних ряда – Деисусный и Праздничный, эпохи Феофана Грека и Андрея Рублева. Ведь изначальный иконостас собора содержал иконы, написанные этими выдающимися мастерами. В Благовещенском соборе хранились многие православные святыни.
Иван IV, приняв титул царя, вновь перестраивает Благовещенский собор. Во время перестройки трёхглавый храм был превращён в величественный девятиглавый.
Входы в собор с северной и западной галерей обрамлены белокаменными резными порталами итальянской работы XVI века. Тонкий и сложный итальянский орнамент напоминает декоративный узор порталов Грановитой палаты и Архангельского собора.
Двустворчатые двери обиты медными листами с библейскими сюжетами, выполненными в технике золотой наводки.
Северное крыльцо и северо-западная галерея с середины XVI века часто использовались для торжественных входов во дворец во время церемонии венчания на царство, встречи иностранных послов, шествий в праздник Входа в Иерусалим, в Великую Пятницу накануне Пасхи и т. д.
В 1572 году к собору было пристроено крыльцо, впоследствии получившее название Грозненского. Его возникновение связано с легендой о том, что якобы Ивану Грозному после четвёртого брака было запрещено находиться в храме. Тогда-то царь повелел пристроить к собору крыльцо, на котором стоял во время службы. На самом деле царю никто не запрещал посещать церковь. А крыльцо, как полагают некоторые исследователи, существовало до Ивана Грозного.
