1637 stürzte der bis dahin das Außenbild der Basilika prägende Glockenturm ein und wurde in den folgenden Jahrzehnten deutlich kleiner und niedriger wieder aufgebaut. 1780 wurden auch die seitlichen Türme des Westbaus wegen starker Baufälligkeit abgetragen. Um die gleiche Zeit wurden die Dächer von Lang- und Quaerhaus sowie dem Kleeblattchor auf einheitliche Höhen gebracht. Die Kirche bekam damit ihre bis heute erhaltene, gedrungene und turmlos erscheinende Außenform.
Im Rahmen des französischen Einmarsches in Köln wurde das Stift an St. Maria im Kapitol 1802 wie auch an allen weiteren Kirchorten aufgelöst und der Grundbesitz verstaatlicht. Maria im Kapitol wurde in der Folge zur Pfarrkirche der Pfarrei Klein St. Martin. Die bisherige Pfarrkirche wurde bis auf den Glockenturm abgerissen, der als Glockenturm der turmlosen Kirche St. Maria im Kapitol bis zum 2. Weltkrieg diente und noch heute an der Pipinstraße steht.
Die Basilika selbst verfiel wie viele andere Kirchen der Stadt in den Jahren der französischen Herrschaft und wurde nach der Machtübernahme Preußens saniert. Einige Gebäudeteile wurden abgerissen und anschließend in schlichterer und oftmals historisierender Form wieder aufgebaut. Parallel dazu wird bis 1882 auch der Innenraum grundlegend neu gestaltet und ent-barockisiert. Das Gesamtkonzept, das eine komplette, historistische Neuausstattung und Neuausmalung umfasst, stammte von August Essenwein, der ähnliche Konzepte auch für weitere der großen romanischen Kirchen Kölns entwarf (z.B. Groß St. Martin & St. Gereon).