По Указу Петра I от 25 января 1701 г. в школе рассчитывали обучать 200 человек. В школу принимали детей дворян, духовных и других сословий, кроме детей крепостных крестьян и работных людей. В школе учились дети почти всех знатных фамилий: Волконские, Солнцевы-Засекины, Лопухины, Шаховские, Хилковы, Урусовы, Долгорукие, Прозоровские, Хованские, Шереметевы, Борятинские, Собакины, Щербатовы, Головины, Дмитриевы-Мамоновы и др. Школа математических и навигацких наук делилась на нижнюю школу (младшие классы) и верхнюю школу (старшие классы). В младших классах ученики изучали арифметику, геометрию плоскую и сферическую тригонометрию. В старших классах ученики изучали немецкий язык, сферическую тригонометрию, навигацию, морскую астрономию, инженерные и артиллерийские науки. Так как большая часть поступающих были безграмотными, то для их предварительной подготовки при школе были организованы два отделения, которые назывались «русской» школой и «цифирной» школой. В первой школе учили читать и писать, а во второй преподавали начала арифметики. Определенного времени для прохождения курса назначено не было, но среднее время обучения, включая практику в действующей армии, лабораториях, пороховых и пушечных заводах и различных мастерских в России и за рубежом, составляло 10–15 лет. Науки изучались последовательно, одна после другой – выучившего арифметику переводили в класс геометрии и так далее, до окончания полного курса. По данным 1708 г. по всем дисциплинам среди успевающих учеников были дворяне (многие из них получили подготовку дома). Однако в дальнейшем навигацию изучали 15 человек из посадских и по девять человек из дворян и солдатских детей; сферическую тригонометрию изучал один из солдатских детей, а из дворян - никто. Навигацию изучал только один ученик из дворян. Это говорит о том, что верхние классы переводились не по сословной принадлежности, а по способностям. Первыми преподавателями были Генри Фарварсон, Стефан Гвин, Ричард Грейс, Леонтий Филиппович Магницкий. Школа математических и навигацких наук выпускала молодых людей во все роды оружия и службы военные и гражданские, которые требовали некоторых научных знаний или просто знания русской грамоты. Ученики, которые в науках «оказались плохи», определялись в столяры, токари, паяльщики, стрельцы, матросы, солдаты и т.п. К 1715 г. Школой математических и навигацких наук было подготовлено 1200 специалистов разных профилей.