С 1905 по 1917 год численность населения Петербурга выросла на 58%. Основным источником прироста населения оставалась миграция. Но в этом процессе происходят качественные изменения. Рост доли женщин (на 3%) указывает на увеличение численности постоянного населения, так как переезд в город с семьей означал окончательное превращение сезонного рабочего в горожанина. Увеличивается доля рабочих и представителей свободных профессий, сокращается (относительно) число дворян. В целом лица "непривилегированных" сословий составляли в это время более 85% населения столицы. Город по-прежнему был многонациональным и поликультурным. В нем выходили газеты и журналы на немецком, польском, финском, еврейском и других языках, существовали постоянные французская и немецкая театральные труппы.
В связи с тем, что не менее одной трети петербуржцев поселились в городе недавно, столица испытывала острую нехватку в жилье, особенно в недорогом. Окраины заселялись стремительно, но было лишь две попытки создать там благоустроенные кварталы - Гаванский городок на Васильевском острове и рабочий городок завода Нобеля. Строились в первую очередь доходные дома, гостиницы, торговые помещения. В эти годы в Петербурге активно работали архитекторы Н.В. Васильев, С.С. Кричинский, И.А. Фомин, а также многие видные зодчие, уже известные по предыдущему периоду. В 1907 году на Невском проспекте было построено здание торгового дома Елисеевых с театральным залом, в 1910 - гостиница "Астория" на Исаакиевской площади, в 1913 году - Соборная мечеть на Петроградской стороне.
Бессистемная застройка окраин побудила наиболее дальновидных архитекторов поставить вопрос о правильном проектировании новых районов. И.А. Фомин совместно с Ф.И. Лидвалем разработали генеральный проект застройки острова Голодай "Новый Петербург". Война и революция помешали воплощению этого замысла.
В это же время архитекторы и искусствоведы заботятся о сохранении и изучении архитектурного наследия. Начинает свою деятельность один из крупнейших историков и теоретиков русского искусства И.Э. Грабарь. В 1908 году в столице создается Общество защиты и сохранения памятников искусства, а вскоре открывается Музей Старого Петербурга.
В первые полтора десятилетия XX века в столице бурно развивается промышленность, особенно металлообрабатывающая. Помимо казенных заводов, выполняющих военные заказы, в Петербурге в это время было 10 частных заводов, занимавшихся обработкой металлов и производством двигателей. Наиболее крупные из них - заводы Нобеля и Айваз. В городе было сосредоточено большинство электротехнических и судостроительных предприятий России. На петербургских верфях строятся первые русские теплоходы. Благодаря наличию порта и нескольких железных дорог Петербург становится одним из ведущих транспортных узлов страны. Расширение территории города усиливало нужду в новых магистралях и новых видах транспорта. В это время в Петербурге строятся еще два моста через Неву - Дворцовый и мост Петра Великого. В этот же период в городе начинается регулярное трамвайное и автобусное движение.
В 1905-1907 годах Петербург был ареной бурных политических событий. С расстрела мирной демонстрации рабочих 9 января 1905 года началась Первая русская революция. Уже осенью этого же года Петербургский совет рабочих депутатов контролировал жизнь большинства предприятий города, что было прямым вызовом верховной власти. Арест в декабре 1905 года членов Совета во главе с Л.Д. Троцким ознаменовал начало спада революционного движения в столице.
После поражения революции наступило затишье, но уже с 1910 года город снова сотрясают забастовки рабочих, на улицах появляются демонстранты. Летом 1914 года, незадолго до начала войны, на рабочих окраинах дело дошло до баррикад и стрельбы. Но с первых дней войны на смену демонстрациям приходят патриотические манифестации.
После начала Первой мировой войны Петербург был переименован в Петроград. Изменилось не только название, но и облик города. Появились призывные пункты, все чаще на улицах можно было увидеть солдат. Вскоре в город начали прибывать беженцы. За счет эвакуированных из западных губерний заводов заметно разрослась городская промышленность. На предприятиях теперь работает все больше женщин, поскольку мужчины подлежат мобилизации. Мелкие торговцы и мещане становятся учетчиками на военных заводах, что позволяет им избежать отправки на фронт. Растут цены, обгоняя рост зарплаты. Рост численности населения и расстройство системы железнодорожного транспорта приводят к перебоям со снабжением. В 1916 году в городе появляются первые очереди за продуктами. Нарастает социальная напряженность, прорывающаяся сначала в виде отдельных забастовок, а затем перешедшая в открытое противостояние.