Отец Иоанн прожил на Уналашке десять лет. Успехи в проповеди христианства побудили его распространить сферу миссионерства и на Американский континент. В 1834 году он переселяется на остров Ситку, близ побережья Северной Америки. Здесь находился главный центр владений Российско-Американской компании — порт Новоархангельск.
Хотя на Ситке еще с 1806 года существовал церковный приход, здесь не было ни священника, ни какого-либо церковного надзора. А между тем на острове имелось значительное русское население — охотники, матросы, служащие компании, которые нуждались в священнике. Первое время своего пребывания здесь Вениаминов должен был посвятить им.
Коренное население острова составляли индейцы колоши. Они оказались довольно воинственными и почти постоянно враждовали с русскими. Власти компании не допускали их в Новоархангельск. Все это осложняло миссионерскую деятельность отца Иоанна.
В 1836 году на острове вспыхнула эпидемия оспы, унесшая жизни едва ли не половины туземцев. Русских же эпидемия почти не коснулась, ибо к тому времени врачи научились побеждать болезнь с помощью прививок. Это обстоятельство заставило колошей с большим вниманием отнестись к опыту европейцев. Отец Иоанн помогал врачу компании бороться с болезнью и сумел приобрести доверие и авторитет среди индейцев.
Однако прежде чем начинать среди них проповедь христианства, он должен был изучить их обычаи, традиционные верования и, главное, язык. Лишь спустя три года миссионер приступил к проповеди Евангелия. Ему приходилось совершать службу под открытым небом, за отсутствием подходящей церкви. К пастве проповедник обращался на ее родном языке.
Деятельность миссионеров в Русской Америке протекала в чрезвычайно тяжелых условиях. Население разбросано на огромных пространствах, священников всего четверо, мизерное жалование не позволяло вести мало-мальски сносную жизнь. К тому же по всем вопросам приходилось сноситься с епархиальными властями в Иркутске, находившемся за тысячу верст. В ноябре 1838 года Иван Вениаминов отправляется в Петербург. (Вместе с собой он взял свою семилетнюю дочь Феклу. Супруга же с четырьмя детьми отправилась в Иркутск, где учились старшие сыновья.) Вениаминов решил представить на рассмотрение Священного Синода подготовленный им проект улучшения миссионерской деятельности в Русской Америке, а также организовать сбор средств в пользу американской церкви. Кроме того, отец Иоанн хотел добиться разрешения на печатание на алеутском языке Священного писания. Архиепископ Иркутский Нил, сам прославившийся миссионерской деятельностью среди забайкальских бурятов, дал ему свое благословение. С разрешения Российско-Американской компании Вениаминов морским путем отправился к берегам России вокруг Южной Америки и через семь с половиной месяцев, 25 июня 1839 года, достиг Петербурга.
Здесь он встретил весьма благожелательный прием. Его сообщение об Алеутских островах и Аляске вызвали большой интерес не только в Синоде, но и в научных кругах, в которых имя священника Ивана Вениаминова было уже хорошо известно. За годы своего пребывания в Русской Америке миссионер собрал множество сведений самого разного характера, представляющих интерес для этнографов, историков, географов, ботаников, геологов. Сам император Николай I уделил ему внимание. Святейший Синод даровал отцу Иоанну сан протоиерея.
Отец Иоанн предоставил в Синод доклад «Обозрение Православной Церкви в российских поселениях в Америке, со своим мнением об улучшении состояния оной». Представители Синода обещали ему поддержку, но не ранее осени. В ожидании решения Вениаминов отправился в Москву для сбора средств, необходимых для построения храмов в Русской Америке. Здесь произошла его встреча с митрополитом Московским Филаретом (Дроздовым), одним из крупнейших деятелей церкви того времени (впоследствии причтен Церковью к лику святых). Святитель Филарет горячо поддержал отца Иоанна и даже предоставил ему свою квартиру. К осени 1839 года Вениаминову удалось собрать немало средств, а также церковной утвари и священнических облачений, необходимых для церковной службы.
Осенью 1839 года отец Иоанн вновь прибыл в Петербург. Лишь весной следующего года состоялось решение Священного Синода, в основном поддержавшего предложения знаменитого миссионера. В это время Иоанн получил из Иркутска известие о смерти жены. Митрополит Филарет предложил ему принять монашеский постриг — это соответствовало вековой традиции, существовавшей в России, согласно которой вдовый священник отстранялся от служения в церкви. Отец Иоанн хотел прежде пристроить своих детей. Когда ему удалось определить дочерей в Петербургский институт благородных девиц, а сыновей — в Петербургскую духовную семинарию (причем митрополит Филарет пообещал заботиться о них), Иван Вениаминов принял монашество. Митрополит Филарет сам постриг его (29 июля 1840 года) и дал ему новое имя — Иннокентий (в честь святителя Иннокентия Иркутского (Кульчицкого), канонизированного Церковью в 1805 году).