Поскольку этот город начал строиться во время Северной войны (1700–1721 годов), первым и главным сооружением в нем стала крепость («фортеция»). Она была заложена в дельте реки Невы в нескольких километрах от Финского залива на Заячьем острове. Дата закладки Петропавловской крепости официально считается днем основания выросшего из него города. Существует распространенная легенда о том, что ее первый камень заложил лично царь Петр и что во время этого события в воздухе был замечен орел. Однако данные утверждения не подтверждаются однозначно источниками: орлы в этой местности не водятся, а царь, вероятнее всего, в это время находился в Лодейном поле, где строились корабли для будущего Балтийского флота.
Возведение основных городских построек шло за пределами крепости по берегам реки Невы. Для этого осушались расположенные в ее дельте болота. Работы по строительству нового города проходили под руководством, приглашенных Петром I в Россию, иностранных инженеров. С целью ускорения возведения каменных домов в Санкт-Петербурге, Петр I запретил каменное строительство по всей России, кроме него. Каменщики были вынуждены прибывать на работы в «Северную столицу». Кроме того, с каждого въезжавшего в этот город воза брался «каменный налог»: надо было привезти с собой определенное количество камней или заплатить специальный сбор. Для работы на строительстве нового города со всех окрестных областей в него прибывали крестьяне.
С 1712 года европейской столицей Российского государства был провозглашен город Санкт-Петербург. Из Москвы в него были переведены все официальные учреждения и царский двор. Это уникальный в мировой истории казус, когда столица одного государства (России) на протяжении девяти лет находилась на территории формально другого государства (Швеции) – перенос состоялся до присоединения земель к России по Ништадтскому договору.
Во время царствования Петра II российская столица была временно возвращена из Санкт-Петербурга в Москву. Официально «Северная Пальмира» оставалась главным городом России до 1918 года.
Осуществленный Петром I перенос столицы в, располагавшийся в тот момент практически за пределами российского государства, Санкт-Петербург можно считать форматом пространственного и политического воплощения идеи культурно-государственного «эксцентризма», согласно которой, центр конструируемой религиозно-политической и культурной модели переносится за пределы своего государства. Этим действием Петр I декларативно повернул столицу России к Европе. Современниками географическое положение и Москвы начало восприниматься как полемическое противопоставление «западного» Петербурга «восточной» Москве.
Основание новой столицы на западном рубеже государства стало определяющим всей дальнейшей судьбу города в историко-политической реальности России и ее культурно-государственной мифологии. Начиная с этой эпохи противоположные характеристики древнее/новое, историческое/мифологическое, получали черты противопоставления концентрического/эксцентрического, исконного/чужеземного. Из этого противопоставления следовала антитеза двух коренных государственно-культурных моделей.
После закладки и начала строительства Петропавловской крепости продолжилось возведение и других оборонительных сооружений. В декабре с целью оградить Петропавловскую крепость от артобстрела с противоположного берега, 1706 Петр I издал приказ о строительстве Кронверка, а двумя годами ранее было заложено Адмиралтейство.
В первые годы гражданское строительство шло медленно, но уже в 1703 году появляется Домик Петра I, в 1704 году – Троицкая церковь и Гостиный двор, носивший в то время название «ростовские ряды», потому что большинство торговцев было из Ростова.
В эти годы создали свои всемирно известные архитектурные произведения зодчие: по праву считающийся «первым архитектором Петербурга» Доменико Андреа Трезини (Кронштадт (1704 год), Александро-Невская лавра (1717 год), Летний дворец Петра I (1710–1711 годы), Петровские ворота (деревянные – 1708 год, каменные – 1714–1717 годы)), Петропавловский собор (1712–1733 годы)) в Петропавловской крепости, здание Двенадцати коллегий (1722–1736 годы) и многие другие); представитель раннего барокко Михаил Григорьевич Земцов, под руководством которого был перестроен Подзорный дворец, созданы многие павильоны, фонтаны и каскады в Петергофе, автор проекта Аничкова дворца и других сооружений; Жан-Батист Александр Леблон (разработчик Генерального плана Санкт-Петербурга 1717 года и других проектов); Георг Иоганн Маттарнови (Кунсткамера (1718–1734 годы) и другие объекты); бомбардир, мастер-строитель, первый архитектор Летнего сада в 1704–1707 годах, фонтанный мастер Петра I Иван Матвеевич Угрюмов; а также еще большое количество известных архитекторов.
Первыми жителями города были солдаты и матросы, обитатели местных русских и «чухонских» (финских) деревень. Позднее основу его населения составили переведенцы – люди, которых принудили переехать в Санкт-Петербург из других регионов России. Ко многим предприятиям были приписаны целые крестьянские дворы, которые должны были за жалование отправлять людей на работы. Однако, несмотря на достаточно высокое жалованье, желающих становиться петербуржцами тогда было мало.
В 1725 году была основана Петербургская Академия наук, 2 января 1728 года выпустившая первую русскую газету – «Санкт-Петербургские ведомости».
Деятельность царя Петра I в Санкт-Петербурге в той или иной мере была направлена на насаждение морских традиций. Все петровские государевы резиденции располагались возле водных гладей, а Летний и Подзорный дворцы с нескольких сторон омывались невскими водами.
Если по тем или иным причинам построить дворец у Балтийского моря не удавалось, то от него прокладывались судоходные каналы, в конце которых устраивались расширения (их тогда называли, Гаванцы, позже – Ковши) для причаливания судов, приходивших ко дворцу. Так были устроены водные коммуникации территорий дворцов Большого Петергофского и в Стрельне.
К середине XVIII века после пожаров и наводнений многие здания петровского Петербурга пришли в ветхость или были уничтожены. Летом 1736 и 1737 годов в Петербурге произошли два пожара в результате которых выгорела деревянная Морская слобода и значительная часть Адмиралтейского острова. В 1737 году императрицы Анны Иоанновны своим Указом создала Комиссию о Санкт-Петербургском строении. В 1762 году вместо нее была учреждена Комиссия о каменном строении Санкт-Петербурга и Москвы.
К концу XVIII века население города превысило 200 тысяч человек, в нем действовало более 60 православных и 15 иноверческих церквей. В 1780 году в Санкт-Петербурге насчитывалось более 1200 улиц и переулков, 3,3 тысячи домов, его центральная часть была замощена булыжником и покрыта поперечными досками.
В данный исторический период в этом городе на Неве были открыты новые учебные заведения: Пажеский корпус, Горное училище, хирургические училища, учительская семинария, театральное училище. Важным событием для России стало открытие в Санкт-Петербурге института благородных девиц при Смольном монастыре.
В это время свои знаменитые произведения создавали архитекторы: граф Варфоломей Варфоломеевич (Бартоломео) Растрелли – Зимний дворец (1754–1762 годы), Летний дворец Елизаветы Петровны (не сохранился), Воронцовский дворец, Большой Петергофский дворец и др.; Юрий Матвеевич Фельтен – знаменитая решетка Летнего сада, Лютеранская церковь Святой Екатерины, Чесменская церковь и др.; Иван Егорович Старов – Троицкий собор Александро-Невской лавры, Таврический дворец, Князь-Владимирский собор, Аничков дворец (перестройка) и др.; Джакомо Антонио Доменико Кваренги – Александровский дворец, здание Академии наук, Дворец Юсуповых на Садовой улице и др.; Жан-Батист-Мишель Валлен-Деламот – Гостиный двор, Императорская Академия художеств (совм. с Александром Филипповичем Кокориновым) и др.; Василий Иванович Баженов – Михайловский замок; и многие другие зодчие. Многое для украшения города и образования сделал видный деятель русского Просвещения, личный секретарь императрицы Екатерины II в 1762–1779 годах, президент Императорской Академии художеств в 1763–1795 годах, инициатор создания Смольного института и Воспитательных домов в Москве и Санкт-Петербурге с госпиталем для рожениц Иван Иванович Бецкой.