К 1706 году на Адмиралтейских верфях работало более 10 тысяч человек, но церквей, куда могли бы они ходить, не было. Чтобы решить эту проблему, Пётр I отдал приказание найти подходящее помещение для будущей церкви. Было выбрано здание большого чертёжного амбара, расположенного с западной стороны Адмиралтейства на расстоянии 15—20 м от канала (проходящего вкруг Адмиралтейства) и в 40—50 м от берега Невы. Существует версия, что церковь находилась на Адмиралтейском лугу, напротив главного входа в Адмиралтейство. Однако это вряд ли было в действительтности, поскольку строительство в 300-метровой зоне вокруг Адмиралтейства было запрещено.

Строительство как первой, так и последующих Исаакиевских церквей велось за счёт государства. Первый храм был возведен на деньги, выделенные на строительство Адмиралтейства под руководством графа Ф. М. Апраксина, для возведения шпиля церкви был приглашён голландский архитектор Х. Ван Болес. Первый деревянный храм, названный Исаакиевской церковью, был освящён в 1707 году. Её простота типична для первых построек Петербурга петровского периода. Это был сруб из круглых бревен длиной до 18 м, шириной 9 м и высотой до крыши 4—4,5 м. Внешние стены были обиты горизонтальными досками шириной до 20 см. Чтобы обеспечить хороший сход снега и дождя, крыша имела угол наклона не менее 45 градусов. Её также сделали деревянной и покрыли водонепроницаемым воско-битумным составом чёрно-коричневого цвета, которым тогда смолили днища кораблей. На башенке, оставшейся от амбара и где раньше вывешивался флаг или флюгер, подвесили небольшие колокола, а на самом шпиле установили крест. В восточной части конька крыши бригада олонецких плотников в традиции северной русской архитектуры возвела небольшой деревянный купол. Печная труба возвышалась на расстоянии 0,5—0,7 м над коньком крыши.

В 1709 году Пётр I распорядился о проведении реставрационных работ в церкви. Это решение было обусловлено желанием улучшить вид самой церкви, а также решить ряд проблем, возеникших по ходу эксплуатации (отмечалось, что в церкви постоянно сыро и холодно, что приводило к разрушению деревянных конструкций).

Эта скромная церковь играла роль одной из главных в городе. Здесь 19 февраля (1 марта) 1712 года венчались Пётр I и Екатерина Алексеевна. С 1723 года, по императорскому указу, только в Исаакиевском храме могли приносить присягу моряки Балтийского флота и служащие Адмиралтейства.