Строительство возглавил «дворцовых плотников староста Смирной Иванов». Завершение сооружения храма можно отнести к 1651 году, когда патриархом Иосифом (1642—1652) в алтарь были положены три антиминса и организован церковный приход. Сведения о церковных службах в храме в середине XVII века крайне не многочисленны. Известно, что 12 июля 1653 года Алексей Михайлович «слушал всенощную у Пречистыя Богородицы Казанские в объезде в селе Коломенском». Царь прожил здесь две недели, а 25 июля праздновал здесь день ангела своей сестры Анны. Когда он пошёл ко всенощной, на нём был зипун из жёлтой тафты, без обнизи, чуга суконная малинового цвета без кушака, сверху ферязь камлотовая вишнёвого цвета с собольим околышем и жемчужными петлями; посох имел каповый; за ним несли стул и летнее подножье. В 1657 году 5 июля «царь слушал всенощное бдение в селе Коломенском в церкве у Казанской Богородицы».Из надписи на храмовом кресте видно, что в 1666 году в Казанской церкви проводились большие ремонтные работы. Вероятно, храм расписывался, но очень может быть, что в это время был возведён каменный Казанский храм. Это, в свою очередь, явилось началом строительства нового дворца Алексея Михайловича. После всех работ «освятися олтарь Господа Бога нашего Иисуса Христа и водружен бысть крест сей в церкви Пресвятые Богородицы Казанские 7174 (1666) года, в 68 день майя при благоверном царе и великом князе Алексее Михайловиче».
В дальнейшем к Казанской церкви переходят функции домового храма. В высоком подклете хранились, «по обычаю»,царская казна и наиболее ценное имущество, которое привозили сюда во время летнего отдыха в царском обозе. Южная паперть церкви была соединена крытым переходом с хоромами царицы. Впервые он упоминается в «Дневальных записках Приказа Тайных дел»: «26 августа 1660 года царь Алексей Михайлович слушает всенощное бдение в церкви Казанской Богоматери, что на переходах». Крытый переход был описан польскими послами, посетившими Коломенское в 1671 году: «В начале церковь каменная с притворами, по обе стороны в которых окна, пол четверти аршина ширина, мосты войлоками постланы для тепла и мягкого хождения». Длина перехода была 24 сажени и 32 аршина, а ширина 3,5 аршина. В 1668 году «велено выдать в церковь Казанскую 50 войлоков коровьих» . Возможно, войлок был выдан для замены обветшавшего покрытия на переходах и в храме. Большинство свиты царя молилось в помещении «трапезной», самые близкие — в храме перед иконостасом. Царь с царицей восседали на празднично украшенных молитвенных местах-тронах, приставленных к двум колоннам.
В дальнейшем к Казанской церкви переходят функции домового храма. В высоком подклете хранились, «по обычаю»,царская казна и наиболее ценное имущество, которое привозили сюда во время летнего отдыха в царском обозе. Южная паперть церкви была соединена крытым переходом с хоромами царицы. Впервые он упоминается в «Дневальных записках Приказа Тайных дел»: «26 августа 1660 года царь Алексей Михайлович слушает всенощное бдение в церкви Казанской Богоматери, что на переходах». Крытый переход был описан польскими послами, посетившими Коломенское в 1671 году: «В начале церковь каменная с притворами, по обе стороны в которых окна, пол четверти аршина ширина, мосты войлоками постланы для тепла и мягкого хождения». Длина перехода была 24 сажени и 32 аршина, а ширина 3,5 аршина. В 1668 году «велено выдать в церковь Казанскую 50 войлоков коровьих» . Возможно, войлок был выдан для замены обветшавшего покрытия на переходах и в храме. Большинство свиты царя молилось в помещении «трапезной», самые близкие — в храме перед иконостасом. Царь с царицей восседали на празднично украшенных молитвенных местах-тронах, приставленных к двум колоннам.