De Petrus-en-Paulusvesting was het eerste gebouw in Sint-Petersburg.

Sint-Petersburg werd op 27 mei 1703 gesticht door Peter de Grote om de oude door Ivan de Verschrikkelijke ontvolkte hanzestad Novgorod als 'venster op het Westen' te vervangen. Het werd in 1713 de hoofdstad van Rusland. De stad is niet vernoemd naar haar stichter, maar naar de apostel Petrus, de beschermheilige van de stad. Oorspronkelijk was de naam Sankt-Piter-Boerch (Санкт-Питер-Бурхъ), een imitatie van het Nederlandse "Sint-Pietersburg". Deze naam werd echter al snel veranderd in het Duitse Sankt-Peterburg, de naam die de stad gedurende haar periode als hoofdstad van het Russische Rijk droeg en na de val van het communisme opnieuw kreeg.

Bij de bouw werden vooral dwangarbeiders ingezet. Onduidelijk is hoeveel doden hierbij vielen, maar mogelijk kwamen tot 100.000 van hen om het leven bij de achttien jaar durende aanleg van de stad. De stad kreeg een Westers aanzien met onder meer zo'n veertig grachten naar Nederlands model. De stad lag in een dunbevolkt gebied, Ingermanland, dat tevoren niet door Russen, maar door Ingriërs, een aan de Finnen verwant volk, werd bewoond. Er vestigden zich veel immigranten, zowel Russen als West-Europeanen. De stad overvleugelde al snel Archangelsk als voornaamste havenstad van Rusland. Tegen het eind van Tsaar Peters regering (1725) telde de stad al ongeveer 50.000 inwoners. De stad zou tot 1918 het regeringscentrum van Rusland blijven.

Vanaf het midden van de 18de eeuw tot de Russische Revolutie onderhielden de zogenaamde Rusluie contacten tussen Vriezenveen (Overijssel) en Sint-Petersburg. In eerste instantie reisden de Nederlanders heen en weer, later vonden zij permanente huisvesting in Sint-Petersburg aan de Nevski Prospekt, waar een Hollandse wijk inclusief Gereformeerde Kerk ontstond. Belangrijkste handelswaar was textiel, maar ook wijn en tabak werden verhandeld.

Tegen het eind van de 18de eeuw was de bevolking van de stad tot ongeveer 200.000 gegroeid, nog wel iets minder dan Moskou, dat toen bijna 300.000 inwoners telde. In de tijd van Catharina II van Rusland (1762–1796) begon er zich in de stad een levendig cultureel leven te ontwikkelen. Zo werd er onder meer een universiteit gesticht. De esthetiek van de monumentale gebouwen richtte zich zeker tot 1825 hoofdzakelijk op Europa. De grote architecten die het aanzicht van de stad bepaalden, waren vooral Italianen: Domenico Trezzini, Bartolomeo Rastrelli, Giacomo Quarenghi, Carlo Rossi...

In de jaren-1810 waren in Sint-Petersburg enkele ingenieurs van Napoleon werkzaam, onder wie Pierre-Dominique Bazaine. Hij bouwde in de stad bruggen, kustverdedigingswerken en een gietijzeren constructie voor een wintertuin. In 1824 werd hij tot hoofd van de genie benoemd.

In 1825 vond in Sint-Petersburg de Dekabristenopstand plaats, een verzet van een aantal adellijke officieren tegen de nieuwe tsaar. Zij wilden meer westerse ideeën invoeren die tegen het autocratische systeem ingingen. De leiders van de opstand werden opgehangen.

In maart 1881 werd tsaar Alexander II het slachtoffer van een bomaanslag door een lid van de revolutionaire beweging Narodnaja Volja (Volkswil). Op de plek waar hij dodelijk gewond raakte, liet zijn zoon tsaar Alexander III de Orthodox-Russische Kathedraal van de Opstanding "Onze Verlosser op het bloed" bouwen, die enigszins contrasteert met de algemene uitstraling van de op het Westen gerichte stad.

In 1905 was de stad opnieuw het toneel van een mislukte revolutie, toen op Bloedige Zondag de paleiswacht het vuur opende op een aantal demonstranten die een verzoekschrift voor meer democratie wilden aanbieden aan tsaar Nicolaas II. In 1914, toen de Eerste Wereldoorlog uitbrak, werd Sint-Petersburg omgedoopt in Petrograd, aangezien Sankt-Peterburg te Duits klonk, en Rusland in oorlog was met Duitsland. In de loop van de oorlog kwam er, vooral in de steden, een steeds groter gebrek aan voedsel en andere producten. In 1917 volgden de Februarirevolutie en de Oktoberrevolutie, die respectievelijk het einde van het Russisch keizerrijk en het begin van de Sovjettijd inluidden.

Na hun machtsovername wilden de bolsjewieken vrede sluiten met de Centralen (Duitsland, Oostenrijk-Hongarije, Bulgarije en het Ottomaanse Rijk). Na de afgekondigde wapenstilstand van 15 december 1917 tussen enerzijds de Centralen en anderzijds Rusland vonden langdurige vredesonderhandelingen plaats. Leon Trotski, onderhandelaar namens de Russische regering, wilde niet toegeven aan de Duitse territoriale eisen. Na 9 februari 1918 werd de wapenstilstand verbroken: het Duitse leger hervatte de opmars. In één etmaal werd het overgrote deel van Oekraïne bezet. Ook stuurde Duitsland over de Oostzee een vloot af op Sint-Petersburg, gevolgd door landtroepen uit het zuiden van Finland. Rusland capituleerde en op 3 maart 1918 werd de vrede van Brest-Litovsk getekend. De bolsjewieken besloten naar aanleiding van deze gebeurtenissen om van Moskou de nieuwe hoofdstad te maken. In 1924 kreeg Petrograd de naam Leningrad, als eerbetoon aan de in dat jaar overleden Lenin.

In de Tweede Wereldoorlog moest de stad een 29 maanden durende belegering door de nazi's doorstaan, die veel ontberingen van de burgerbevolking eiste. Gedurende de wintermaanden was er zo nu en dan enige bevoorrading over het nabijgelegen, bevroren, Ladogameer mogelijk, maar anderszins was er verschrikkelijke honger in de stad, wat zelfs tot kannibalisme leidde. Het precieze aantal doden (vooral burgers) tijdens de belegering is niet bekend. Alleen op de Piskarovskoje-begraafplaats werden meer dan 600.000 doden begraven. Men schat dat er zeker meer dan een miljoen mensen zijn omgekomen. Voor de volgens Rusland heldhaftige verdediging kreeg Leningrad de eretitel Heldenstad van de Sovjet-Unie.

Op 6 september 1993 kreeg Leningrad, na een referendum, zijn oude naam van vóór 1914 terug: Sint-Petersburg. De omringende oblast bleef Leningrad heten.

De woningnood in Sint-Petersburg is enorm. Vierkamerflats worden doorgaans bewoond door vier echtparen. Deze woonvorm wordt "kommunalka" genoemd, en is geïntroduceerd na de revolutie van 1917. Patriciërshuizen werden toen onteigend en vertimmerd tot huisvesting voor de arbeiders. Elk gezin een kamertje en per twintig gezinnen een toilet. Na de val van het communisme werd voorzichtig begonnen met het afschaffen van de kommunalka's: ze werden gerenoveerd tot huizen voor de nieuwe patriciërs en de oude bewoners werden uitgeplaatst naar nieuwere flatgebouwen in verre buitenwijken.