В 1877 г. М.Д. Муретов окончил Московскую духовную академию первым по разрядному списку на богословском отделении, 28 июня того же года был утверждён в учёной степени кандидата богословия с правом защищать магистерскую диссертацию без новых испытаний. В 1910 гг. М.Д. Муретов составил и опубликовал воспоминания о периоде своего обучения в Московской духовной академии, которые служат ценным источником сведений по истории академии 1870 гг. 4 августа 1877 г. М.Д. Муретов был определён преподавателем греческого языка в Тамбовскую духовную семинарию, 27 сентября того же года педагогическим собранием Вифанской духовной семинарии избран на такую же должность и 19 октября утверждён в ней Московским митрополитом Иннокентием (Вениаминовым). С 13 января по 18 ноября 1878 г. преподавал в этой семинарии Священное Писание. В октябре 1878 г. Совет Московской духовной академии пригласил М.Д. Муретова на должность приват-доцента по кафедре Священного Писания Нового Завета, 24 октября М.Д. Муретов защитил диссертацию pro venia legendi на тему «Философия Филона Александрийского в отношении к учению Иоанна Богослова о Логосе» и прочитал две пробные лекции: «О действительности смерти Иисуса Христа» и «История Евангельской гармонистики»; 28 октября был единогласно избран богословским отделением на должность приват-доцента (Центральный государственный архив Москвы). 15 августа 1884 г., согласно новому уставу духовных академий, М.Д. Муретов был переведён в статус исполняющего должность доцента. 8 апреля 1885 г. М.Д. Муретов защитил доработанное и опубликованное сочинение «Философия Филона Александрийского в отношении к учению Иоанна Богослова о Логосе» в качестве магистерской диссертации. Рецензентом выступил профессор В.Д. Кудрявцев-Платонов, официальными оппонентами на защите были экстраординарный профессор кафедры библейской истории Андрей Петрович Смирнов и исполняющий должность доцента по кафедре философии Михаил Андреевич Остроумов. Указом Синода от 11 июля 1885 г. М.Д. Муретов был утверждён в искомой степени, а 18 августа того же года – в должности доцента. Кроме Священного Писания Нового Завета с 20 сентября 1885 г. по 14 мая 1893 г. М.Д. Муретов преподавал в академии французский язык, а с сентября 1900 г. по сентябрь 1902 г. – греческий язык. В мае-августе 1888 г. М.Д. Муретов совершил паломничество в Палестину и на Афон. 27 ноября 1891 г. представил в Совет Московской духовной академии докторскую диссертацию «Ветхозаветный храм. Ч. 1: Внешний вид храма», уже удостоенную премии Курского епископа Михаила (Лузина) за лучшее печатное сочинение наставников и воспитанников Московской духовной академии по Новому Завету. Мнения оппонентов разошлись: диссертация получила положительный отзыв экстраординарного профессора А.П. Смирнова и отрицательный – доцента Александра Алексеевича Жданова. Хотя Совет Московской духовной академии признал М.Д. Муретова заслуживающим докторской степени, по указу Синода от 8(22) мая 1892 г. диссертация была передана на повторный отзыв в Казанскую духовную академию, и на основании положительных отзывов профессора Сергея Алексеевича Терновского и Совета Казанской духовной академии М.Д. Муретов был утверждён в степени доктора богословия. 1 мая того же года М.Д. Муретов был избран, а 11 июня утверждён в должности ординарного профессора.