W zaborze rosyjskim i ZSRR mały|lewo|120px|Wnętrze kościoła NMP wysadzonego w powietrze w 1937 roku W 1793 roku po II rozbiorze miasto zostało zagarnięte przez Imperium Rosyjskie i nie powróciło już do Polski. Rząd rosyjski w 1806 roku wykupił miasto od Potockich za 500 tys. rubli. Podczas zaborów siedziba powiatu mohylowskiego guberni podolskiej. W latach 1806–1848 Mohylów był siedzibą diecezji ormiańskiej, na czele której stanął pb Józef Krzysztofowicz. Diecezja była niewielka i obejmowała parafie znajdujące się na ziemiach polskich, włączonych do zaboru rosyjskiego.
W 1881 roku doprowadzono do miasta kolej. Pod koniec XIX wieku wśród mieszkańców znacznie zwiększył się odsetek ludności żydowskiej: w 1881 roku w mieście mieszkało 14 tys. Żydów, 4932 Ukraińców, 1020 Polaków. W 1873 roku prenumerowano w mieście 321 pism rosyjskich, 85 polskich, 3 żydowskie, 12 zagranicznych. Przed I wojną światową parafia rzymskokatolicka w Mohylowie liczyła 1448 wiernych.
W 1919 Mohylów został zdobyty przez polskie oddziały pod wodzą gen. Franciszka Krajowskiego.
Około 1937 roku w ramach akcji antypolskiej rzymskokatolicki kościół z XVIII wieku został wysadzony w powietrze przez władze sowieckie.