雙連長老教會有感於大直內湖社區發展迅速，長老教會信徒與外來遷入者日漸增加，有在大直開拓教會的必要，而決定於1977年底開設教會，並積極尋覓聚會地點和開拓傳教師。直到1978年二月下旬才覓得北安路595巷2弄1號二樓，租屋作為禮拜堂，並聘請陳宏文牧師(原新竹中會新屋教會牧師)前來擔任開拓工作。同年四月九日開始大直教會第一次聚會，共有十人參加，至4月30日由七星中會派員前來本會舉行開設禮拜，正式命名為「台灣基督長老教會大直教會」。
本會開設後，經由陳宏文牧師努力開拓牧養及雙連母會的協助，至1980年七月聚會人數漸多，已達45名左右(在籍陪餐者18名)，並選出張黃秀紅、蕭謝素緣、黃光武、歐陽博等四名委員。1980年七月底，陳宏文牧師應聘至花蓮港教會牧會。因此七星中會派遣甫自台灣神學院畢業的康滄海傳道師至本會接續牧會工作，至1981年一月，聚會人數已達48名(在籍陪餐者30名)。
陳牧師牧會期間極力向雙連母會爭取購置禮拜堂，卻因重重困難而未能完成。經康傳道與會友同心協力，終於在1981年六月始購得北安路630巷5號一樓的房屋作為禮拜堂，8月2日第一次在新堂聚會，直到1982年2月14日舉行獻堂典禮。此後本會教勢日盛，為充分運用空間，又在1982年十月重新調整禮拜堂內的位置擺設。
1983年八月底，康滄海傳道師出國深造。在無牧者期間，由雙連教會賴俊明牧安排主日禮拜講道者。本會已符合升格堂會資格，於1983年12月11選出第一任長執，長老二名：施樹木、姚榮信；執事五名：李兆然、蕭明德、邱得一、柯尚德、黃珊。並請雙連母會向七星中會申請升格為堂會，後經七星中會第三十二屆第十一次中委會議決通過，准予本會升格堂會。
1984年1月8日長執會通過購置北安路638號二樓作為牧師館，雙連母會同意補助十萬元，另無息貸款六十萬元，得以順利購買。1984年2月12日，通過監選簡茂雄牧師為本會第一任牧師，並於4月29日下午三時舉行設教六週年、升格堂會及簡茂雄牧師就任第一任牧師三項慶典的感恩禮拜，使本會邁向新的里程。1985年12月開始租用北安路638號一樓作為教育館，提供主日學及各團契聚會使用，1986年十一月整建教育館兒童室，增加視聽設備。
1987年二月開始實施家庭增長小組，分為大直、內湖、麗山三組。同年十月又購置福音車，以利教會事工推展。1988年4月24日本會舉行設教十週年感恩禮拜，並編印設教十週年紀念特刊。
1989年8月16日小會同意簡茂雄牧師任期屆滿離職，前往台中中會北屯教會牧會。九月起七星中會派吳興教會詹燦東牧師擔任本會小會議長，至1990年4月12日本會聘牧小組通過聘請朱錫安牧師，並於5月20日舉行臨時會員和會，通過監選朱錫安牧師為本會第二任牧師，並於9月30日正式就任。
1992年開始喚起信徒購買教育館的異象，積極籌募教育館基金。1993年是本會設教十五週年，9月5日舉行臨時會員大會，通過朱錫安牧師續任監選，任期三年。但這一年也面臨諸多挑戰，包括禮拜堂地基受損、福音車失竊、教育館購買舉棋未定等。1994年較遺憾而值得深思的問題是無人受洗或堅信禮。
1996年8月30日小會同意朱錫安牧師任期屆滿離職，前往台南中會安南教會牧會。九月份起七星中會派雙連教會彭德貴牧師擔任本會小會議長，十一月份起邀請更生團契副總幹事姚榮輝牧師開始在主日禮拜中講道，並主理查經祈禱會等聚會。
1997年8月3日起，七星中會派遣台灣神學院畢業的蔡幸昇傳道師(原在大安教會擔任四十三屆總會議長羅聯昇牧師助理傳道)前來本會接任，繼續牧養的工作。1998年欣逢本會設教二十週年，除了編印設教二十週年紀念特刊外，也借雙連教會盛大舉行設教二十週年感恩禮拜與蔡幸昇教師封牧暨就任第三任牧師授職禮拜。
1999年至2001年推動信徒讀經、祈禱的靈修生活，除了完成三年一輪的「新眼光讀經運動」，也持續每週二清晨六時的早禱會及週五的復興禱告會。同時在長執會的架構下，透過事工部(包括傳道、禮拜、教育、服務、總務、財務六部)的計劃與執行，讓長執與信徒分工合作，共同參與教會事奉。
2001年的年度主題是「建造教會．興旺福音」，一月九日簽約購買禮拜堂及教育館，順利完成裝潢工程，於11月11日舉行獻堂禮拜。2002至2003年度主題是「事奉獻身．興旺福音」，包括硬體(有形的教會)與軟體(宣教的策略)雙管齊下的建造，裝備訓練同工，積極推動社區事工，領人歸主。
2002年十月，與太平洋建設公司簽約，承租北安路655號2樓之2作為教育二館，經過五年已於2006年十二月底正式簽約購買該館，同時租用教育三館(北安路655號2樓之3)作為主日學事工和教育裝備聚會，以及未來推動社區事工發展的場所。2003年七月起開始第二場華語禮拜，並加強關懷、探訪事工。2011年1月25日小會投票通過聘請施貞同牧師為教育牧師，並於4月17日舉行就任授職感恩禮拜。2011年8月購買北安路655號1樓作為Touch Love社區宣教中心，
2012年7月底裝潢完工正式啟用，提供裝備訓練及服務社區，成為社區人士踏入教會，福音廣傳的管道。2012至2013年教會主題是「遍傳基督福音．活出健康教會」。
2013年8月31日蔡幸昇牧師任滿轉任新竹中會南崁教會，施貞同牧師轉任台北中會艋舺教會，9月1日召開臨時會員和會，監選林憲懋牧師為本會第四任主任牧師，隨後召開小會監選吳昭誼牧師為教育牧師，並於11月17日下午舉行就任感恩禮拜。
2014至2015年教會主題是「奮勇追隨基督，活出健康教會」，讓我們同心協力，使大直教會成為一間健康、強盛、榮耀的教會，並落實大誡命愛神愛人，完成福音遍傳的大使命。
本教會朝著五大目標努力：
- 推動讀經、背經、查經，鼓勵單獨會主，並遵行上帝的話。
- 鼓勵信徒參加訪韓聖會，參與禱告會，培訓更多代禱者。
- 落實小組牧養，採用GLN小組架構，使信徒得到關懷與牧養，同時培訓屬靈家長及小組長等領袖同工。
- 開辦「門徒培訓系統」，從E1、E2、E3領袖培訓課程，使未信者到信徒，到門徒能有系統的栽培裝備。另外成人主日學課程及聖經課程持續開班，使信徒靈命成長，信仰紮根。
- 自2005年9月起成立松年大學，提供社區年長者終生學習，目前已有學士班、碩士班及博學班，另外開設致福益人學苑，提供多元學習課程，2011年3月開辦兒童品格學校，即將進入第七期，期盼未來能以突破100位兒童參加為目標。
