У тюрмі існувала православна церква св. Іова, освячена 1863, іконостас якої був виконаний також за проектом арх. М. Іконникова. Бл. 1873—74 священиком церкви був Ф. Біляшівський, батько майбутнього акад. УАН М. Біляшівського. В серед. 1920-х рр. комплекс в'язниці складався, крім головного корпусу, із кількох споруд різного призначення: чотириповерхового слідчого корпусу (зведений 1911), жіночого відділення, робочого корпусу, двоповерхових майстерень, житлового будинку адміністрації, гуртожитку, одноповерхових казарм або караульного приміщення, а також лікарні, лазні, льодовні, свинарні та інших будівель. Пізніше зведено ще один великий корпус з південно-західного боку садиби, реконструйовано старі будівлі. Комплекс в'язниці оточено високим муром, з боку вулиці до огорожі включено двоповерхову споруду зі службовими та охоронними приміщеннями; тривалий час він домінував серед навколишньої забудови, нині закритий новими житловими будинками та госпіталем МВС.
Впродовж існування в'язниці тут утримувалися відомі громадсько-політичні та церковні діячі, представники науки та культури, які у той чи інший час були в опозиції до влади або стали жертвами політичних репресій.
У 1870—90-х рр. тут перебували учасники народницького руху. У листопаді 1875 — березні 1878 в одиночній камері сидів М. Кибальчич, інженер-самоук, винахідник схеми реактивного літального апарата, звинувачений у революційній пропаганді, яку проводив у с. Жорнівка Київської губ.; пізніше страчений за участь у вбивстві народовольцями імператора Олександра II (1881). У 1877—78 ув'язнення відбували учасники Чигиринської справи (за створення серед селян Чигиринського і Черкаського повітів підпільної організації «Таємна дружина», підбурювання їх до повстання): В. Дебогорій-Мокрієвич, І. Бохановський, Л. Дейч, Я. Стефанович. Останні втекли з в'язниці 27 травня (8 червня) 1878 за допомогою народників В. Осинського і М. Фроленка. В. Осинський — член організації «Земля і воля», керівник створеного ним у Києві терористичного гуртка «Виконавчий комітет», що здійснив ряд убивств представників влади. До складу гуртка входили брати Івичеви, І. Волошенко, М. Колодкевич, Г. Попко, В. Свириденко, М. Фроленко та ін. Був заарештований у січні 1879, пізніше були затримані інші члени комітету. У травні 1879 Л. Брандтнера, В. Осинського, В. Свириденка було страчено. У лютому липні 1880 тут утримувалися члени народницького гуртка М. Попова (представника «Чорного переділу») і групи народовольця Д. Буцинського; з кін. 1880 — члени «Південноросійського робітничого союзу» (С. Богомолець, яка у травні народила у в'язниці сина - майбутнього вченого-фізіолога, президента АН УРСР О.Богомольця; Є. Ковальська, М. Щедрін та ін.), засуджені у травні 1881 до різних строків позбавлення волі; 1881 - члени народовольського гуртка О. Баха; 1884 — групи М. і П. Шебаліних; того ж року — 34 студенти Київського університету, учасники вересневої акції протесту проти введення нового реакційного університетського статуту в Росії.
У 1880 -90-х рр. значну кількість ув'язнених складали активісти соціал-демократичного руху, у т. ч. 1886 організатори і члени марксистського гуртка на заводі «Арсенал» П. Лукашевич, М. Мауер, М. Черневський та ін.; 1896 – 97 - Ю.Мельников - керівник «Лук'янівського клубу» (школи-майстерні, яка водночас була соціал-демократичним робітничим гуртком); у березні-квітні 1897 — студенти Київського університету, учасники Вєтровської демонстрації; у 1890 — на поч. 1900-х рр. — провідні соціал-демократи Києва М. Бердяєв, К. Василенко, В. Водовозов, М. Гурський, С. Діжур, Б. Ейдельман, Є. Етінгер, Б. Кістяківський, В. Крижанівська (Тучагіська), В.Крохмаль, А. Луначарський, І. Мошинський, К. Петрусевич, Е. Плетат, А.Поляк, С. Померанець, М. Ратнер, Є. Тарле, П. Тучапський, М. Урицький, Б. Шен, О. Шліхтер. З лютого 1901 тут утримувалися соціал-демократи, які належали до груп сприяння газеті «Искра». 11 з них, зокрема О. Басовський, М. Бауман, В. Бобровський, М. Литвинов, Й. П'ятницький, здійснили у серпні 1902 втечу з в'язниці. З січня 1904 в'язнями були сестри В. Леніна — А. і М. Ульянови (звільнені влітку), у лютому-листопаді - його брат Д. Ульянов. 1906 у в'язниці утримували учасників листопадового 1905 повстання саперів, зокрема, його організатора Б. Жаданівського; 1907 арештованих за бунт солдатів Селенгінського полку.
У 1910-х рр. до тюрми неодноразово потрапляли члени київської організації РСДРП Є. Бош, Г. П'ятаков, О. Розмирович та ін., а також відомий діяч робітничого профспілкового руху І. Смирнов-Ласточкін. В'язнями були також члени терористичних есерівських та анархістських організацій, зокрема, 1906—07 тут сиділа Ф. Каплан (Ройтблат), член групи анархістів-комуністів, відома замахом 1918 на В. Леніна, через що була страчена.
У в'язниці перебували учасники українського національного руху, лідери політичних партій і організацій, провідні діячі української революції: восени 1905 і протягом восьми місяців 1904 — Д. Донцов, заарештований разом з іншими членами Київського комітету УСДРП; 1902, 1906—07 — В. Винниченко; 1906—07 — С. Єфремов, А. Жук, В. Степанківський; 1914 М. Грушевський, М. Ковалевський; 1917 — В. Винниченко, В. Голубович, М. Ковалевський, Г. Одинець, С. Петлюра, О. Саліковський, В. Шульгін та багато ін.
На поч. 1918 у в'язниці перебував Г. Чудновський - керівник штурму Зимового палацу у Петрограді; на поч. 1919 Г. Тимофєєва - учасниця більшовицького підпілля, страчена у лютому.
Під час навали муравйовських загонів 1917 кримінальники розбили тюрму й, тікаючи, спалили частину приміщень. Перевантаження Лук'янівської в'язниці 1919 під час більшовицького панування у Києві призвело до організації численних тюрем по всьому місту, передусім на Печерську («чрезвичайки»), та концентраційного табору у старій пересильній тюрмі (Госпітальна, 17; Косий капонір). На Лук'янівці у цей час перебували заарештовані у не з'ясованій до кінця справі офіцера Крилова-Чернявського; священики і черниці у справі Покровського монастиря, серед них Д. Іванов та багато ін. Відомо, що ув'язнених піддавали жорстоким тортурам.
Після приходу білогвардійців у вересні 1917 слідча влада разом з комітетом міжнародного Червоного Хреста розкопала на Лук'янівському цвинтарі поховання колишніх в'язнів, які були розстріляні розривними кулями 1919. Усі трупи виявилися голими. Серед упізнаних були члени Клубу російських націоналістів Конопліна та Слинкова. Денікінська влада восени 1919 утримувала в тюрмі українських літераторів Г. Михайличенка, В. Чумака (обидва розстріляні), М. Семенка.
1920, залишаючи місто, поляки розстріляли визначних більшовиків, декого вивезли, решту звільнили, тому на момент вступу до Києва радянських військ у в'язниці не було в'язнів. Згодом почала формуватися нова пенітенціарна система, відповідно до норм ленінської внутрішньої політики. Освітній ценз наглядачів був надзвичайно низький, побут в'язнів - досить важкий. 1925 тут утримувалося 2173 особи, причому у кошторисі витрат на 1925/26 передбачалося, що помре 75 душ. «Поправно-трудова» політика підняла у принцип роботу в майстернях ґудзиковій, слюсарно-токарній, мідно-бляшаній, ліжково-нікелювальній, ливарній, швацькій, деревообробній, картонажній та інших виробничих частинах, що існували як самостійні господарські одиниці на комерційних засадах. У виробництво залучався і приватний капітал, інвестиції якого було зупинено разом з наступом на неп. При в'язниці існувала також агрономічна частина. В'язнів водили і на зовнішні роботи.
Наприкінці 1920-х рр., ще задовго до страшних років «сталінського терору», в'язниця була вкрай перевантажена. Харчування, опалення приміщень були нормованими і дуже обмеженими. В той же час проводилась активна «культмасова» і «політмасова» робота, передплачувалися газети й журнали, діяли школа, бібліотека, драмгурток, відбувалися кіносеанси, театральні вистави.
Після переїзду столиці до Києва комендатура НКВС УСРР розташовувалась у приміщенні колишнього Інституту шляхетних дівчат (сучасна вул. Інститутська, 1), де й утримували особливо небезпечних політв'язнів, решта потрапляла на Лук’янівку. З початком великого терору кількість в'язнів неймовірно зросла, тюремні приміщення було обладнано на вулицях Володимирській, Рейтарській, у багатьох інших місцях. Розмірене планове господарство Лук'янівської в'язниці зазнало докорінних змін. Камери були переповнені, ночами в'язнів катували. Головний корпус відігравав роль приймального пункту, потім — відправного етапного.
Скласти реєстр визначних в'язнів, які перебували у Лук'янівській тюрмі, надзвичайно важко. Відомо, що тут сиділи заарештовані 1923 й засуджені 1924 у справі Київського обласного центру дій: М. і К. Василенки (першого було звільнено 1924), П. Смирнов, Б. Толпиго, А. Чолганський та ін. (усі до поч. 1929); ув'язнені у справі С.ВУ (1929): С.Єфремов, В. Ганцов, Й. Гермайзе, В.Дурдуківський, Г. Холодний, В. Чехівський, В. Юркевич; у 1920—30-х рр. у «кіровській справі»: Ю. Бачинський, К. Буревій, О. Близько, П. Гельмер- Дідушко, А. Ковалів, Г. Косинка, А. Крушельницький, М. Лебединець, В. Мисик, М. Оксамит, Р. Сказинський, Д. Фальківський; у справі неокласиків: М. Вороний, М. Зеров, А. Лебідь, Б. Пилипенко, П. Филипович; діячі церкви: митрополити Василь (Липківський; імовірно, тут розстріляний 27 листопада 1937) та Костянтин (Дьяков), Микола (Борецький) та Іван (Павловський), архієпископи Костянтин (Малюшкевич), Юрій (Міхновський), Володимир (Самборський), єпископ Петро (Тарнавський), священики К. Попко, брати Чехівські; колишній генерал армії П. Потоцький (помер 1938 під тюремною брамою внаслідок пережитих знущань) та його дружина і сестра (роз-стріляні); літературознавець Г. Костюк і поет М. Драй-Хмара (обидва ув'язнені 1935), літературознавець А. Костенко (1937) та багато ін. Розстріляних чи померлих під час слідства в’язнів закопували на території Лук’янівського цвинтаря, у Биківні, по Житомирському шосе та в інших місцях.
У повоєнні роки Лук'янівську в’язницю перетворено на слідчий ізолятор для кримінальників та пересильну тюрму. Із в'язнів сумління тут перебували під час слідства учасники руху опору, звинувачені за кримінальними, а не політичними статтями: Ю. Шелест (1972), О. Фельдман (1975), В. Смогитель (1977), М. Горбаль (1979) та багато релігійних активістів. З грудня 1973 до 1974 тут утримувався кінорежисер С. Параджанов. У тюремну лікарню після 17-денного голодування було привезено з КДБ публіциста Г. Снєгирьова (перебував тут з 24 листопада до 2 грудня 1977, вдруге — з 2 до 31 березня 1978). Тепер слідчий ізолятор МВС [723].