По достижении им возраста десяти лет Илия Михайлович устроил сына в приходское училище Архангельска на свой кошт. Мальчик оказался темен в учении: Ваня ничего не мог постигнуть из того, что проходилось и рассказывалось на уроках, плохо читал — и все это его сильно тяготило. Однако, будучи весьма старательным, он очень хотел успевать в учении и ночами молитвенно просил об этом Бога. И был услышан. Впоследствии отец Иоанн Кронштадтский, о чем нам известно благодаря двухтомному его жизнеописанию за авторством Якова Валериановича Ильяшевича (под псевдонимом И. К. Сурский) описал это так: «Однажды был уже вечер… Такая тоска на меня напала, я упал на колени и принялся горячо молиться. Не знаю, долго ли пробыл я в таком положении, но вдруг что-то точно потрясло меня всего. У меня точно завеса спала с глаз, как будто раскрылся ум в голове, и мне ясно представился учитель того дня, его урок; я вспомнил даже, о чем и что он говорил, и легко, радостно так стало на душе, никогда не спал я так покойно, как в ту ночь. Тут засветало, я вскочил с постели, схватил книги, и — о счастье! — читать стало гораздо легче, понимаю все, а то, что прочитал, не только все помнил, но хоть сейчас и рассказать могу. В короткое время я продвинулся настолько, что перестал уже быть последним учеником. Чем дальше, тем лучше успевал я в науках, и к концу курса одним из первых был переведен в семинарию».
Что до семинарии, то ее он окончил вторым учеником, показав за время обучения блестящие успехи. Это позволило Ивану Сергиеву в 1851 году быть принятым в Духовную академию Санкт-Петербурга и обучаться в ней на деньги государства. Юноша желал сделаться монахом, мечтал о миссионерском служении среди язычников в далеких краях, в Китае или Америке. Однако на последнем курсе он оставил мечты о поприще миссионера после того, как несколько раз видел себя во сне в облачении священника, отправляющим службу в незнакомого вида соборе. Иван посчитал этот сон пророческим и решил слово Божие нести в родной народ, просвещать его в вере христианской.
Когда до завершения обучения в Академии оставался один год, Иван познакомился с Елизаветой Константиновной Несвицкой. Она была дочерью протонерея, он сделал ей предложение, и они вступили в церковный брак. По окончании курса и защиты диссертации «О кресте Христовом, в обличение мнимых старообрядцев», он в 1855 году вышел из Академии со степенью кандидата богословия. 10 декабря того же года Христофор, епископ Винницкий, посвятил Ивана Сергиева в священнический сан. Местом, где отец Иоанн исполнял свое служение всю дальнейшую жизнь, на протяжении пятидесяти трех лет, стал величественный собор Андрея Первозванного, что в Кронштадте.
