Для жилых целей Сухарева башня не была приспособлена с самого начала: внутреннего соединения между палатами одного и того же этажа не было, все двери выходили на наружные площадки, на которых с восточной и западной стороны третьего этажа башни были устроены и примитивные уборные — «нужники». Зимой, когда башня охватывалась со всех сторон холодным ветром, это устройство оказывалось особенно неудобным. Голландские печи, поставленные в палатах, не нагревали их в достаточной мере, и потому зимой холодно было и во внутренних помещениях башни. В 1706 году проживавшие в башне ученики Навигационной школы обращались к царю с прошением о переводе их на житье в Мещанскую или какую-либо другую слободу, мотивируя свое ходатайство тем, что «за холодом от зимы тут (в башне) жить невозможно»… Неизвестно, было ли удовлетворено это ходатайство, но в 1715 году Навигацкую школу перевели совсем в Санкт-Петербург и превратили ее в Морскую Академию. Сухарева башня, однако, оставалась за Морским ведомством: в нее была переведена в том же году из Кремля Адмиралтейская контора, заготовлявшая в Москве продукты и материалы для Балтийского флота. До 1802 года оставались в Сухаревой башне и славившиеся в XVIII веке арифметические школы, подготовлявшие контингенты для поступления в Морскую Академию?.
Во времена Петра I в столбе Сухаревой башни находилась астрономическая обсерватория, с которой в 1709 году наблюдалось солнечное затмение. Здесь же находились астрономические часы, разные инструменты и большая библиотека, а в нижнем ярусе — перенесенный из Ивановской колокольни большой голландский медный глобус, семи футов в диаметре, подаренный царю Алексею Михайловичу Генеральными Штатами Голландии». Вероятно, все это и дало материал для народных сказаний о Брюссе, сподвижнике Петра I, якобы занимавшемся в Сухаревой башне колдовством, звездочетством и другими «бесовскими» науками. В 1733 году глобус, ввиду сильной ветхости внутренних частей Сухаревой башни, грозивших падением, был перенесен в особый сарай при башне, а в 1752 году переправлен в Петербург. В особом же сарае с западной стороны башни хранился со времени Петра «машкерадный корабль», на котором царь после заключения мира со шведами ездил по улицам Москвы и палил из двенадцати помещавшихся на нем маленьких медных пушек. В 1812 году этот корабль сгорел вместе с сараем, в котором он помещался».
В ведении Адмиралтейской конторы Сухарева башня находилась до 1859 года, когда, с упразднением этой конторы, она перешла к IV округу путей сообщения, ведавшему Московскими водопроводами, а с 1871 года, вместе с последними, перешла в ведение города. В XVIII веке помещения башни служили, главным образом, для нужд морского ведомства. До 1806 года во втором этаже помещалось присутствие Адмиралтейской конторы, магазин сукон и других аммуничных материалов, приобретавшихся для флота. В этом же этаже помещалась одно время контора, «где имеется денежной казны немалая сумма», а также пребывали караульные солдаты и колодники. В нижнем этаже хранился провиант и другие адмиралтейские запасы, а в единственно не ветхой средней зале третьего этажа были сложены разные материалы и инструменты той же Адмиралтейской конторы
В 1829 году в восточной зале второго этажа Сухаревой башни был устроен резервуар из чугунных плит на 6500 ведер мытищинской воды, которая сюда накачивалась паровыми машинами из Алексеевской (ныне Ольденборгеровской) [16] водокачки и отсюда естественным напором подавалась в уличные фонтаны и бассейны. В 1854 году такой же резервуар, только на 7000 ведер, был устроен и в двух западных залах второго этажа башни. С устройством в 1892–1893 годах Крестовских водонапорных башен вода в Сухареву башню перестала подаваться, а в начале 1900-х годов были разобраны и резервуары, хотя в башне до сего времени остаются следы их столетнего пребывания: железные клепаные балки под полами в западных залах второго этажа, на которых стоял резервуар (в восточной зале он стоял прямо на своде), водопроводные трубы в подпольях, заложенные арочки и проч.
Восточная половина нижнего этажа в середине XIX века была занята, кроме склада провианта для Балтийского флота, цейхгаузом Управления городскими водопроводами. Западная же половина нижнего этажа была занята в этот период квартирами водопроводных рабочих, наблюдавших за бассейнами в башне и за водоразборами по городу. Здесь же одно время помещался телеграф и телефон водопроводов, а в 1886 году были поселены на жительство шесть городовых I участка Мещанской части