Церковный зал двусветный – под потолком располагается ряд больших окон. В дореволюционное время в центре храма находилась бронзовая позолоченная люстра, ее корпус был выточен из слоновой кости, а на каждой из шести сторон его располагался резной портрет императора Павла I. Над корпусом размещалась корона с тремя двуглавыми орлами. В сочетании с большим количеством света, мраморными иконостасом и киотами она придавала храму праздничный вид.

Каменная алтарная преграда храма была невысокая, имела всего два яруса икон и завершалась фронтоном с символом всевидящего ока Божия. Живописные образы для иконостаса создали два известных художника - Иван Филиппович Тупылев, академик и профессор Императорской Академии художеств, и Андрей Иванович Иванов, также профессор и академик, отец Александра Иванова, автора знаменитого “Явления Христа народу”. Акустика в храме всегда восхищала, позволяла слушать богослужения и лежащим в палатах больным.
В день торжественного освящения церкви императрица Мария Федоровна пожертвовала ей две иконы: образ Богородицы “Всех скорбящих Радость” и образ Божией Матери с предстоящими святыми. По преданию, государыня собственноручно расшила образы золотой нитью.

После ее смерти больница получила название Мариинской, а в храме вывесили мраморную доску, текст которой гласил: “Мариинская больница для бедных учреждена христианским сердоболием Императрицы Марии Федоровны в 1803 году. Блажени милостивии, яко тии помилованы будут. Мф 5:7”. Мария Федоровна учредила также институт “сердобольных вдов” - предтечу общин сестер милосердия. Это первая организация в истории страны, женщины которой посвятили себя уходу за больными. “По утрам и вечерам “Вдовы милосердия” читают больным приличные молитвы, и нередко больной, излечившийся от недугов телесных, несет отсюда со здоровьем в сердце своем семена веры и благочестия”, - рассказывали очевидцы.

Богослужения в храме проводились по воскресным и праздничным дням, в Великий пост - почти ежедневно. Отпевания в церкви не совершались, для этого, а также для панихид, на территории больницы была возведена часовня святого праведного Лазаря. Сперва деревянная, ее перестроили в каменную в 1841-1844 годах, в 1903-1904 годах перестроили еще раз при ремонте и расширении больницы.
По желанию императрицы, священник больничного храма должен был быть “достойным и человеколюбивым, который сверх церковной службы частым посещением приносил бы больным большую пользу”. В 1819-1833 года им, например, был протоиерей Петр Иванович Турчанинов - известный духовный композитор, гармонизатор и регент.

В 1918 году церковь святого апостола Павла закрыли, через пять лет переоборудовали под зал заседаний. Иконостас вывезли в музей отживающего культа (ныне - Государственный музей истории религии). Помещение храма также использовалось как лекционная аудитория для студентов медицинских ВУЗов. Только в самом начале XXI века в храме стали возобновляться богослужения. Инициатором возрождения церкви стала созданная при больнице Покровская община сестер милосердия.

Реставрация храма апостола Павла проводилась при поддержке администрации Мариинской больницы, настоятеля протоиерея Сергия Куксевича и благотворителя, почетного мецената Санкт-Петербурга, Вячеслава Адамовича Заренкова. 7 июня 2023 года Божественную литургию в обновленной церкви отслужил митрополит Санкт-Петербургский и Ладожский Варсонофий.

В настоящее время храм работает для сотрудников и пациентов стационара больницы, Литургия совершается каждую субботу в 9:00. Для свободного посещения церковь открыта с 12:00 до 14:00 в будние дни.