С истории создания Петропавловской крепости начинается история жизни города. С 1700 года Россия вела Северную войну со Швецией, к 1703 были отвоёваны приневские земли. Для их защиты от нападения шведов здесь было необходимо закрепиться, построить новую крепость. 27 мая 1703 года на Заячьем острове закладывается крепость Санкт-Петербург. Практически одновременно с началом строительства крепости начинается сооружение первого храма — Петропавловского собора (проект Д. Трезини).
План каменной крепости составил немецкий архитектор Кирштейн. С 1704 года к Заячьему острову намывают дополнительное пространство, остров ушёл в Неву примерно на 30 метров.Применяется совершенно новый для России принцип сооружения фортификаций. Строятся бастионы, толщина стен которых порядка 20 метров (5–6 метров кирпичной стены снаружи и изнутри, между ними земляная засыпка с толчёным кирпичом), высота стен — 12 метров. Под стены крепости было забито порядка 40000 свай. На каждом бастионе устанавливается по 50–60 орудий. Стены между бастионами (куртины) включают казематы для содержания гарнизона. В казематах изначально планировалось хранить порох, однако из-за сырости пришлось от этого отказаться. Строительство бастионов курировал Пётр I и его сподвижники. По кураторам назвали крепостные бастионы: Трубецкой, Нарышкин, Государев, Меншиков, Головин, Зотов.
В Петропавловской крепости были предусмотрены подземные ходы (сортии). Они служили для высадки десанта за пределы крепостных стен. В стенах крепости существуют тайные ходы, так называемые патерны. Они также служили для внезапного появления солдат в тылу врага. Выход из них был заложен одним слоем кирпича, место выхода знали только доверенные офицеры. Между Нарышкиным бастионом и Петропавловским собором расположен Комендантский дом (построен в 1743–1746 годах). Здесь жил комендант крепости, в доме были его квартира и канцелярия, велись допросы заключённых. Именно в Комендантском доме в 1826 году был оглашён приговор Верховного уголовного суда декабристам.
В 1704 году через всю Петропавловскую крепость с востока на запад был прорыт ров, для снабжения крепости водой во время возможной её осады. В 1880-х годах ров засыпан. Строительство Петропавловской крепости полностью завершено к 1740-му году. В XVIII веке далеко не все горожане имели свои часы, и время они сверяли по солнцу и колокольному звону, поэтому ровно в 12 часов с 1873 года с Нарышкина бастиона начали постоянно производить выстрел пушки.
Петропавловская крепость не принимала непосредственного участия в военных действиях, так как почти сразу оказалась в центре самого города, который должна была защищать. С её стен не было сделано ни одного боевого выстрела. Впоследствии она стала использоваться в качестве главной политической тюрьмы России. Один из первых узников — царевич Алексей, сын Петра I.

Петропавловский собор является одним из самых старых петербургских храмов. Ещё в 1703 году на территории Петропавловской крепости заложили деревянную церковь Святых Петра и Павла. 8 июня 1712 года Доменико Трезини в связи с переносом столицы в Санкт-Петербург начал возводить новый большой каменный храм. Его стены стали возводить прямо вокруг старой деревянной церкви. 30 мая 1714 года проведена церковная служба освящения будущего храма.Живопись внутри Петропавловского собора является важной с точки зрения развития русского искусства. До этого стены храмов расписывали совершенно по другому, разрешалось воспроизводить только библейские сюжеты. Здесь же применены в том числе и светские художественные орнаменты. Роспись стен храма принадлежит русским художникам Воробьёву и Негрубову. Плафоны в центральном нефе выполнил Пётр Зыбин.
В Петропавловском соборе хранились трофейные знамёна, ключи от городов и крепостей, взятые в войнах со Швецией и Турцией. Сейчас оригиналы флагов находятся в музеях, на стенах размещены их копии. Уникален иконостас. Он имеет форму триумфальной арки — символ победы России в Северной войне. Под иконостас в XIX веке для избежания влияния сырости подведено мраморное основание, деревянные врата из-за ветхости заменили, новые выполнили из бронзы.
Уже при Петре I Петропавловский собор становится усыпальницей для членов царской семьи. В 1715 году здесь похоронена жена царевича Алексея, в 1717 году — сестра Петра I, Мария Алексеевна, в 1718 году — царевич Алексей. После смерти Петра I в 1725 году гроб с его набальзамированным телом стоял 6 лет среди стен недостроенного собора. Позже рядом поставили гроб с телом его жены Екатерины. В 1731 году по завершении строительства храма Петра I и Екатерину похоронили у южной стены перед алтарём. Надгробия коронованных особ имеют по углам гербы. Два надгробия уникальны, захоронения Александра II и его жены Марии Александровны выполнены из яшмы и орлеца. Они монолитны, весят каждая порядка 5–6 тонн. Последнее погребение в Петропавловском соборе состоялось в 1998 году, когда в Екатерининский предел перенесли останки Николая II и его семьи.