Była kilkakrotnie remontowana w latach 1927–1930 oraz 1938.
Do wybuchu II wojny światowej w Kostomłotach pracowało kolejno dziewięciu proboszczów, wszyscy byli dawnymi duchownymi prawosławnymi. Już po wojnie wichura zniszczyła wieżę cerkwi, odrestaurowaną w 1953. Od 22 czerwca 1940 do 1 września 1969 cerkwią opiekował się ks. Aleksander Przyłucki, po nim funkcję tę objął ks. Roman Piętka. W latach Od 2007-2019 r. obowiązki proboszcza pełnił ks. Zbigniew Nikoniuk, a od 1 lipca 2019 ks. Piotr Witkowicz. 4 czerwca 1974 Kostomłoty odwiedził kardynał Stefan Wyszyński. Począwszy od 1998 świątynia ma status Sanktuarium Unitów Podlaskich. Przy cerkwi działa Centrum Ekumeniczne prowadzące rekolekcje dla wyznawców różnych odłamów chrześcijaństwa.
Architektura Cerkiew w Kostomłotach jest jednoprzestrzenna, orientowana, konstrukcji zrębowej z prezbiterium trójbocznie zamkniętym i dachem jednokalenicowym. Została wzniesiona na planie prostokątnym. Posiada jedną kopułę-sygnaturkę położoną na czworobocznej wieży wznoszącej się nad przedsionkiem świątyni. Okna świątyni są półkoliste, poza prezbiterium (koliste) i przylegającą doń zakrystią (prostokątne).