ב-1712 הפכה העיר פטרוגרד לבירת האימפריה הרוסית, והעברת משרדי הממשלה אליה נתנה דחיפה גדולה להתפתחותה. בהמשך הפכה פטרבורג למרכז התרבות הרוסית ופרחו בה התיאטרון, הבלט, הפעילות הספרותית, המוזיקלית, והמדעית. כל גדולי סופרי רוסיה במאה ה-19 חיו באופן זמני או קבוע בעיר. במשך המאה ה-18 וה-19 בנתה האליטה הרוסיה בצורה פזרנית את העיר, משאירה אחריה ארמונות רבים ששרדו עד היום. העיר סבלה ממספר רב של שיטפונות, הנורא שבהם היה ב-7 בנובמבר 1824 כאשר המים עלו 4.21 מטרים מעל מפלס המים הרגיל.
במאה ה-19 הפכה סנקט פטרבורג למרכז התסיסה החברתית והמהפכנית ברוסיה, בין השאר בגלל הימצאותם של פועלי התעשייה בקרבה משמעותית לאצולה הרוסית בעיר. אך גם בשל גידולה העצום של העיר במאה ה-19 וביטול צמיתות האיכרים על ידי צאר אלכסנדר השני ב-1861. בתי מגורים נבנו בפאתי העיר וצמחו תעשיות חדשות, עד סוף המאה ה-19 הפכה סנקט פטרבורג לאחד ממרכזי התעשייה הגדולים באירופה.
עם התפתחות התעשייה צמחו תנועות פועלים קיצוניות, ותנועות סוציאליסטיות היו אחראיות להתנקשויות באנשי אצולה רבים, בהן גם ההתנקשות בצאר אלכסנדר השני, שנרצח באחד מרחובות העיר בשנת 1881.
בתקופת המהפכה הרוסית
ב-1905 פרצה המהפכה הרוסית הראשונה (הידועה בתור מהפכת 1905) בעיר פטרוגרד , שהתרחבה למחוזות רבים אחרים.
בתקופת מלחמת העולם הראשונה שינה הצאר ניקולאי השני את שם העיר ב-31 באוגוסט 1914, מסנקט פטרבורג שהיה בעל צליל גרמני לפטרוגראד (ברוסית: העיר של פיוטר) שהיה בעל צליל סלאבי יותר; דבר שהיה אמור להעלות את המורל של העם הרוסי.
ב-1917 החלה המהפכה הרוסית בשלב הראשון (פברואר 1917) הורדת הממשל הצארי והקמת שני מרכזי כוח פוליטיים (הממשלה הזמנית וסובייט פטרוגראד). ב-25 באוקטובר פרצו הקומוניסטים את ארמון החורף בעיר, מקום מושבה של הממשלה הזמנית, ותפסו את השלטון.
כאשר החלה מלחמת האזרחים ברוסיה, בגלל קרבתם של הכוחות האנטי-מהפכניים (הצבא הלבן) והמצב הפוליטי המעורער אולץ המנהיג הבולשביקי ולדימיר לנין להימלט למוסקבה, בירתה הקודמת של רוסיה, ב-5 במרץ 1918.
מהלך זה נראה בהתחלה כזמני (וכך הוא הוצג) אבל מוסקבה נשארה הבירה עד עצם היום הזה.
העברתה של הבירה למוסקבה הביאה להגירה המונית אל הבירה החדשה ועד 1920, אוכלוסייתה של העיר פטרוגרד קטנה לכדי שליש. ב-24 בינואר 1924, שלושה ימים לאחר מותו של לנין, קיבלה העיר את השם לנינגרד לכבודו. מהלך זה נראה אז כסוג של התנערות מהרקע האימפריאליסטי של העיר.
