Помимо занятий математикой Флоренский слушал лекции на историко-филологическом факультете, самостоятельно изучал историю искусства. «Мои занятия математикой и физикой, — писал он впоследствии, — привели меня к признанию формальной возможности теоретических основ общечеловеческого религиозного миросозерцания (идея прерывности, теория функции, числа). Философски же и исторически я убедился, что говорить можно не о религиях, а о религии, и что она есть неотъемлемая принадлежность человечества, хотя и принимает бесчисленные формы».
В 1904 году, после окончания университета, П. А. Флоренский поступает в Московскую духовную академию, желая, как он писал в одном из писем, «произвести синтез церковности и светской культуры, вполне соединиться с Церковью, но без каких-нибудь компромиссов, честно воспринимать все положительное учение Церкви и научно-философское мировоззрение вместе с искусством…»
Главным устремлением тех лет было познание духовности не отвлеченно-философски, а жизненно. Неудивительно, что кандидатское сочинение Флоренского «О религиозной истине» (1908), которое стало ядром его магистерской диссертации и книги «Столп и утверждение Истины» (1914), было посвящено путям вхождения в Православную Церковь. «Живой религиозный опыт, как единственный законный способ познания догматов», — так сам П. А. Флоренский выразил главную мысль книги. «Церковность — вот имя тому пристанищу, где умиряется тревога сердца, где усмиряются притязания рассудка, где великий покой нисходит в разум».
После окончания академии в 1908 году Флоренский был оставлен преподавателем на кафедре истории философии. За годы преподавания в МДА (1908–1919) он создает ряд оригинальных курсов по истории античной философии, кантовской проблематике, философии культа и культуры. А. Ф. Лосев отмечал, что Флоренский «дал концепцию платонизма, по глубине и тонкости превосходящую все что я читал о Платоне».
«В отце Павле, — писал С. Н. Булгаков, — встретились культурность и церковность, Афины и Иерусалим, и это органическое соединение само по себе есть факт церковно-исторического значения».
Вокруг Флоренского, который в 1912–1917 годах еще и возглавлял журнал «Богословский вестник», сложился круг друзей и знакомых, которые во многом определяли атмосферу русской культуры начала XX века. Революция не явилась неожиданностью для Флоренского. Более того, он много писал о глубоком кризисе буржуазной цивилизации, часто говорил о надвигающемся крушении привычных устоев жизни. Но «в то время, когда вся страна бредила революцией, а также и в церковных кругах возникали одна за другою, хотя и эфемерные, церковно-политические организации, отец Павел оставался им чужд, — по равнодушию ли своему вообще к земному устроению, или же потому, что голос вечности вообще звучал для него сильнее зовов современности» (С. Н. Булгаков).
Флоренский не собирался уезжать из России, хотя на Западе его ждала блестящая научная карьера и, вероятно, мировая слава. Он был одним из первых среди лиц духовного звания, кто, служа Церкви, стал работать в советских учреждениях. Никогда при этом Флоренский не изменял ни своим убеждениям, ни священному сану, записав себе в назидание в 1920 году: «Из убеждений своих ничем никогда не поступаться. Помни, уступка ведет за собою новую уступку, и так — до бесконечности». До тех пор, пока это было возможно, то есть до 1929 года, Флоренский во всех советских учреждениях работал, не снимая подрясника, тем самым открыто свидетельствуя, что он священник. Флоренский ощущал нравственный долг и призвание в том, чтобы сохранить основы духовной культуры для будущих поколений.
22 октября 1922 года он вошел в комиссию по охране памятников искусства и старины Троице-Сергиевой лавры. В результате деятельности комиссии было описано огромное историко-художественное богатство Лавры и спасено национальное достояние. Комиссия подготовила условия для осуществления декрета «Об обращении в музей историко-художественных ценностей Троице-Сергиевой лавры», подписанного 20 апреля 1920 года Председателем Совнаркома В. И. Лениным.
В 1921 году Флоренский был избран профессором Высших художественно-технических мастерских. В период зарождения и расцвета различных новых течений (футуризма, конструктивизма, абстракционизма) он отстаивал духовную ценность и значимость общечеловеческих форм культуры. Он был убежден, что деятель культуры призван раскрыть существующую духовную реальность.