Povod radovima na obnovi crkve bili su snažni potresi koji su 24. kolovoza i 30. listopada 2016. pogodili središnji dio Italije. Oni su prouzrokovali nekoliko novih pukotina te nastavak djelovanja i širenja onih postojećih u Hrvatskoj crkvi sv. Jeronima. Situacija je posebno bila kritična u kripti ispod crkve gdje su nastala nova i velika napuknuća na voltama koje drže pod crkve tako da je postojala ozbiljna prijetnja da se na nekim mjestima pod i uruši. Krajem siječnja 2017. u kriptama crkve postavljeni su željezni stupovi kojima su učvršćene volte te je na taj način privremeno spriječena mogućnost njihova urušavanja. Nakon dobivanja potrebnih dozvola, izvedeni su radovi strukturalnog učvršćivanja kripti od svibnja do kolovoza 2018. Radove je, prema projektima i uz nadzor direktora radova inženjera i arhitekta Aymena Herzalle iz Studia Croci, renomiranog talijanskog ureda za strukturalno projektiranje i statiku, izvela tvrtka Sacen iz Napulja. Injektirane su pukotine na svodovima i zidovima; kripte su učvršćene posebnom žbukom u koju su stavljena dva sloja armature; željeznim okvirima učvršćeni su otvori na svodovima te je postavljena nova električna instalacija.

Paralelno s obnovim kripti, od rujna 2017. do studenoga 2019. restaurirani su krovište, zvonik, vanjski zidovi, i pročelje crkve. Tri dotrajala krovišta iznad pokrajnjih kapela s lijeve strane središnje lađe u potpunosti su zamijenjena novima. Ujednačeni su svi vanjski zidovi crkve što se na poseban način odnosi na donji dio južnog zida crkve uz ulicu Via Tomacelli na kojem je cigla dosada odudarala od drugih vanjskih zidova crkve jer je bila prekrivena namazom boje koji je sada maknut, a štukatura je na bazi vapna usklađena s onom na ostalim zidovima. Budući da je u nekoj od prošlih restauracija štukatura između cigli na donjem dijelu sjevernog zida crkve napravljena od cementa, nije se pristupilo njezinom otklanjanju zbog opasnosti da se uništi cigla, nego je ona obojana istom bojom kojom je urađena štukatura ostalih dijelova vanjskih zidova crkve. I ti su radovi izvedeni od tvrtke Sacen, a direktor radova bio je zavodski suradnik arhitekt Filippo Pignatti Morano.

Osim toga, od lipnja 2018. godine do ožujka 2020. izvedeni su i radovi na obnovi unutrašnjosti crkve. Sanirane su strukturalne pukotine na zidovima i svodovima crkve te je restauriran velik dio fresaka. Pukotine koje su već prije spomenute, a koje su nastale oko 1890. godine te su se na poseban način povećale 1939.-1940. godine, sanirane su posebnim tehnikama injekcije te jednom vrstom „šivanja“ zidova i stropova aramidskim vlaknima. Također u potkrovlju svih pokrajnjih kapela i središnje lađe crkve, uključujući i prividnu kupolu, od travnja do rujna 2019. izvršeni su radovi strukturalnog učvršćivanja svodova i pukotina na njima aramidskim vlaknima. Ovdje treba na poseban način istaknuti svod središnje lađe na kojem su tom metodom sanirane dvije velike pukotine koje su se protezale cijelom njegovom dužinom. Na taj način zidovima i svodovima crkve vraćena je njihova prvotna konzistentnost. Ove tehnički vrlo zahtjevne radove projektirao je inženjer Aymen Herzalla koji je ujedno bio i direktor radova. Radove je izvele tvrtka Sacen. Na saniranim pukotinama u potkrovlju crkve te u središnjoj lađi i u pokrajnjim kapelama postavljeni su novi uređaji za mjerenje koji u realnom vremenu prate sve promjene i pomicanja  nosive strukture crkve. Stari uređaji iz 1939. godine ostavljeni su na svojim mjestima kao povijesni znak.

Restauraciju fresaka izvela je restauratorica Daniela Storti sa svojom stručnom ekipom (Licia Ippolitoni, Elena Grassano, Monica Stella, Barbara Rossodivita, Teresa di Santi). Tijekom ljeta 2018. obnovljena je velika freska iz 16. stoljeća na prividnoj kupoli. Nakon toga obnovljene su također freske iz 16. stoljeća u gornjem dijelu prezbiterija, sve freske i ukrasi u desnom transeptu crkve, od poda do krova, uključujući Gagliardijevo Poklonstvo mudraca i freske iz 16. stoljeća koje prikazuju sv. Dujma i sv. Arnira. Krajem 2019. godine dovršena je restauracija velike Gagliardijeve freske na svodu središnje lađe crkve Uzvišenje sv. Križa, stupova s likovima dvanaestorice apostola kao i unutrašnji zid pročelja crkve, pokraj kora s orguljama, najvećim dijelom oslikan u stilu lažnog mramora.

Osim mnogo prašine i prljavštine koja se desetljećima taložila na freskama, restauratorska ekipa morala se suočiti i s ponovno prisutnim fenomenom odljepljivanja freski pa je na mnogim mjestima bilo potrebno učvrstiti freske uz zid posebnim malim klinovima (čavlićima) od aramidskih vlakana. Ovaj je fenomen na poseban način bio prisutan na svodu prezbiterija, na liku sv. Jeronima koji se pripisuje Parisu Nogariju. Drugi velik problem predstavljala je restauracija izvedena 1964. tijekom koje su korišteni materijali na bazi kazeina (bjelančevina u mlijeku) koji je tijekom godina, zbog sadržaja životinjskog podrijetla, uzrokovao kemijske reakcije i pojavu gljivica na površini fresaka pa je bilo potrebno najprije eliminirati sve nanose tih materijala. Također, tijekom restauracije iz 1964. godine na mnogim su freskama, osim oslikavanja skroz iznova onih dijelova fresaka koji su otpali ili su zbog pukotina oštećeni, na mnogim je mjestima taj novi oslik bio proširen i na neoštećene dijelove, tako da je tijekom restauracije na mnogo mjesta bilo potrebno skinuti sve te nanose boja iz 1964. godine kako bi se došlo do originalnih boja Giovannija Guerre s kraja 16. stoljeća ili Pietra Gagliardija iz 19. stoljeća. Ovaj je fenomen najvidljiviji na liku sv. Mateja evanđeliste u podnožju prividne kupole.

Kod Nogarijevog sv. Jeronima jedan dio originalne freske čini se da je nastradao u potresima iz 19. stoljeća tako da ispod oslika iz 1964. nije pronađen original. Stoga se odlučilo dobrim dijelom zahvatiti u vrlo nestručni oslik iz 1964. te ga preinačiti i dati mu predmnijevani prvotni izgled. To se najbolje vidi na oblaku ispod desne noge sv. Jeronima te na anđelu ispod njega koji drži natpis s imenom pape Siksta V., kao i na samom tom natpisu. Na kraju, na pojedinim su mjestima velik problem bile soli i minerali koji su izašli iz zidova zbog dodira s vodom tijekom prošlih desetljeća na mjestima gdje je vjerojatno zbog prokišnjavanja krova dolazilo do vlaženja zidova. Jedan od takvih primjera jest lik sv. Ivana evanđeliste u podnožju prividne kupole, kao i cijeli desni dio freske na svodu prezbiterija (Anđeoske slave) te gornji dijelovi desnog transepta te ponovno lik sv. Mateja evanđeliste u podnožju prividne kupole.

Osim toga, u razdoblju od 2017. do 2019. učvršćeno je drveno podnožje kora u prezbiteriju, u potpunosti je izmijenjena rasvjeta u crkvi te su postavljena nova LED svjetla. Rasvjetu je izradio električar Slawomir Piechowski. Na sve prozore u crkvi postavljene su nove zavjese koje je izradila zavodska djelatnica Ranka Krlučević.

Tijekom ljeta 2019. promijenjena je u potpunosti nosiva struktura baldahina iznad glavnog oltara prema projektu inženjera Aymena Herzalle. Drvena greda i fiksna željezna šipka na kojoj je do sada visio, zamijenjena je novom strukturom (ručna dizalica i čelična sajla) koji omogućuje da se baldahin ubuduće može spusti gotovo do oltara radi lakšeg povremenog čišćenja, obnove i održavanja. Radove je izvela tvrtka Sacen. Nakon toga baldahin je i umjetnički restauriran od strane Daniele Storti. Ovaj je posao završen do svetkovine sv. Jeronima 30. rujna 2019. godine.

Također tijekom ljeta 2019. obnovljena je i mramorna ograda s lijeve strane ispred oltara. Ovaj posao obnove ograde izvela je također tvrtka Sacen, uz završnu obradu restauratorice Storti.

Iskoristivši skelu postavljenu za obnovu velike Gagliardijeve freske na svodu središnje lađe crkve, pristupilo se i obnovi kora na ulazu crkve kao i drvenih dijelova orgulja (samo izvanjski estetski dio). Obnovu je izvela restauratorica Storti te je dovršena početkom 2020. godine.

Da bi crkva do kraja zasjala punim sjajem potrebno je još umjetnički obnoviti šest pokrajnjih kapela te ponovno sanirati pukotinu na Gagliardijevom Raspeću u lijevom transeptu crkve. Također i orgulje iz 1850. koje su već dugi niz godina izvan funkcije čekaju na svoju temeljitu obnovu.

Crkva je za sve vrijeme trajanja radova bila otvorena za javnost, osim razdoblja od kraja lipnja do kraja rujna 2018. kada se obnavljala prividna kupola, te kraja lipnja do kraja rujna 2019. kada je obnavljan baldahin iznad glavnog oltara.

Svi su radovi završeni sredinom veljače 2020. godine, a izvođeni su uz nadzor konzervatora iz Ministarstva kulture Republike Italije.