17 сентября 1906 года на базе параллельных классов была создана прогимназия - учебное заведение, программа которого соответствовала четырем младшим классам гимназии. Ее содержанию помогали благотворительные средства. В 1907 году прогимназия была преобразована во 2-ю женскую гимназию, а в мае 1908 года был объявлен прием во все классы. 

14 февраля 1912 года «государь Император по верноподданейшему докладу Министра народного просвещения Высочайше соизволил на принятие Архангельской 2-й женской гимназии под Августейшее покровительство Ея Императорского Высочества Великой Княжны Ольги Николаевны». Гимназию стали называть Ольгинской. 

С 1908 года обсуждался вопрос об отведении места для строительства здания 2-й женской гимназии, окончательно вопрос был решен лишь в 1912 году. Торжественная закладка здания состоялась в начале августа 1913 года - к этому времени «стены здания были выведены до половины 1-го этажа». В сентября 1913 года «был выложен второй этаж и начат третий». По проекту предполагалось, что температуру в помещениях будут поддерживать с помощью обычных печей, однако к окончанию строительства комиссия решила, что учебное заведение следует оборудовать современной системой центрального отопления. В итоге работы затянулись, и занятия в новом строении начались с 1 июня 1915 года. Официально все работы были завершены лишь в декабре 1916 года. 

Просуществовала Ольгинская гимназия недолго. Во второй половине 1918 года в протоколах заседаний педагогического совета появилась «Архангельская 2-я совместного обучения гимназия».