Родился в 1836 г. в Нижнем Новгороде. Учился в Нижегородском духовном училище (1846-1850), в Нижегородской духовной семинарии (1850-1856), после этого - в Казанской духовной академии, которую окончил в 1860 г. со степенью магистра богословия (диссертация называлась "Обозрение постановлений по церковным делам в России в начале XVII столетия"). В течение года был преподавателем логики и философии в Самарской семинарии, потом вернулся в Казанскую духовную академию, в которой в течение года занимал кафедру математики, а с 1862 г. утвердился на кафедре русской церковной истории. Преподавал и в Казанском Университете. В 1866 г. ему было присвоено звание экстраординарного, в спустя два года - ординарного профессора Духовной академии.
В 1873 Знаменский защитил докторскую диссертацию: «Приходское духовенство в России со времени реформы Петра» (Казань, 1872). В 1892 г. был избран почетным членом Императорской Академии Наук по отделению русского языка и словесности. Главным трудом Знаменского является его сжатое, но полное «Руководство к русской церковной истории» (Казань, 1870; 5-е дополн. издание в 1888). До этого в Духовных школах сказывался недостаток учебных пособий по истории Русской Церкви, которые отвечали бы нуждам времени, потому что труды Филарета (Гумилевского) и Макария (Булгакова), несмотря на свои достоинства, были очень объемны, а пособие Иннокентия (Смирнова) мало было приспособлено для учебных целей. Поэтому появление труда Знаменского было очень своевременным, и было вскоре оценено научной общественностью. В 1870-х годах это учебное пособие было удостоено премии митр. Макария. Как богослов, Знаменский через всю свою книгу неуклонно проводит определение церкви по православному учению: «Церковь есть собрание верующих, соединённых между собою верою в Бога, священноначалием и таинствами», как историк, он, вместе с тем, очень хорошо понимает, что собрание верующих, как всякое человеческое сообщество, собиралось постепенно, вырастало и созидалось под неизбежным взаимодействием исторических обстоятельств, благоприятных и неблагоприятных.
Церковную жизнь и народные верования Знаменский не ставит в изолированное положение, отрешенное от всех остальных проявлений народной и общественной жизни. Не менее ценны и монографическия исследования Знаменского, которые легли в основу его «Руководствам»; каждое из них представляет содержательный этюд по истории русского общества и русской образованности. Таковы его:
и другие произведения.
Знаменский также опубликовал «Историю Казанской духовной академии» (Казань 1891—1892). С 1875 Знаменский состоял председателем комиссии, составляющей «Описание рукописей Соловецкого монастыря, находящихся в библиотеке Казанской духовной академии» (тт. I—II, Казань, 1881—1885; т. III при «Православном Собеседнике»), которое выходит под его редакцией и в котором рукописи исторического содержания описаны исключительно им. Им изданы также«Записки архиепископа Василия Лужинского» (Каз., 1885).
В 1896 Знаменский переделал свое «Руководство к русской церковной истории» в «Учебное руководство по истории русской церкви» (СПб., 2-е изд., ibid., 1904).
Его более поздние труды: