Основана 16(27) мая 1703 года и названа Санкт-Питер-Бурх. Эти дата и название стали днем рождения и именем нового города — Санкт-Петербурга. Крепость заложили по велению Петра I на небольшом Заячьем острове у северного берега Невы. Расположенная в самом широком месте реки, у ее разветвления на два рукава, она перекрывала пути наступления противника со стороны Финского залива. Но крепость не принимала прямого участия в боевых действиях. В ходе Северной войны границы государства были отодвинуты далеко на запад.

Общий замысел крепости принадлежал Петру I. Проекты укреплений составили под его руководством состоявшие на русской службе иностранные инженеры — француз Ж.Г. Ламбер и немец В.А. Кирштенштейн, который до 1705 года наблюдал за строительством. В 1706-1740 годах первоначальные деревоземляные куртины и бастионы были заменены кирпичными. Руководил работами Д. Трезини, а затем — инженер и государственный деятель Б.Х. Миних. Общая структура оборонительных сооружений в виде вытянутого шестиугольника с бастионами на углах напоминала планы «идеальных» городов-крепостей итальянского ренессанса (проекты Ф. де Марки, Нижняя фортеция во Флоренции А. да Сангалло; XVI в.). По такому типу в разных странах Европы было сооружено немало крепостей, в том числе Наарден в Голландии. При устройстве невской цитадели учитывались новейшие достижения зарубежной фортификации, связанные, прежде всего, с деятельностью французского инженера С. де Вобана. Основной шестиугольник, имеющий несколько неправильные очертания из-за формы острова, дополнен двумя равелинами, а за проливом (на Петроградском острове) подступы к крепости дополнительно защищал кронверк — земляные валы и рвы в форме короны. Внутрь крепости ведут несколько ворот. Среди них выделяются Петровские (1708-1717), сооруженные в стиле барокко Д. Трезини, и Невские, перестроенные в граните Н.А. Львовым в формах строгого классицизма (1784-1787).

Чеканный и лаконичный силуэт крепости господствует в панораме Невы. Выразительность его определяется контрастом протяженной горизонтали укреплений и устремленной ввысь колокольни Петропавловского собора. В 1779-1785 годах стены и бастионы со стороны Невы были облицованы серым гранитом. Это придало им подчеркнуто монументальный и суровый вид. Петропавловский собор с его тонким золоченым шпилем, увенчанным фигурой ангела, остается высочайшим архитектурным сооружением города (122,5 м). По этому храму крепость получила свое второе, прочно вошедшее в обиход наименование — Петропавловская.

Собор во имя первоверховных апостолов Петра и Павла воздвигнут в 1712-1733 годах Д. Трезини. Он стал ярчайшим символом петровской эпохи. В нем воплотилось освоение композиционных принципов и стилевых особенностей разных школ европейской архитектуры. Тип зального храма с гигантской башней родствен церквам Прибалтики и Северной Европы. Колокольня — главная общегородская доминанта — возводилась в первую очередь (деревянная конструкция шпиля выполнена X. фан Болесом). Многоярусная композиция с волютами над основным объемом храма и шпилем-иглой вверху имела своими вероятными предшественниками церкви архитектора К. Рена (например, Св. Мартина) в Лондоне и церковь Св. Петра в Риге. Западный и восточный фасады собора варьируют широко распространенную в европейском барокко XVII века композиционную тему, восходящую к знаменитой церкви Иль Джезу в Риме. Переход от нижнего яруса ко второму сопрягается волютами. Необходимо отметить, что первоначально на колокольне не было второй пары волют, на этом уровне помещался треугольный фронтон, завершавший нижнюю часть западного фасада. Трезини как бы водрузил над двухъярусным «итальянским» фасадом «северную» башню, полную неудержимого порыва ввысь. Сам храм с тремя нефами равной высоты заключен в  простой и четкий геометрический объем со спокойной ровной ритмикой продольных стен, плоскостно графичной трактовкой ордерных элементов — пилястр. Сравнительно небольшой купол поднимается над восточной частью здания. Смелое и свободное соединение разных прообразов, их преломление сквозь призму строгих и рационалистических вкусов петровского времени позволили Трезини создать своеобразное и целостное произведение, выразившее европейский дух новой российской столицы.

Главные ворота крепости — Петровские — ориентированы строго на восточный фасад собора. Они повторяют в иных пропорциях его двухъярусную композицию с аттиком, волютами и лучковым фронтоном. Эта взаимосвязь составляла пространственный стержень ансамбля крепости (теперь эффектная перспектива перекрыта скучным Артиллерийским цейхгаузом, построенным в 1801- 1802 годах, и высокими деревьями). Петровские ворота, решенные в виде триумфальной арки, являются ключевым образцом синтеза искусств раннего барокко. Живописный силуэт, плавные криволинейные очертания, пластичность архитектурных форм органично связаны с аллегорическим скульптурным убранством, выполненным К. Оснером, Н. Пино и Ф. Вассу.

Облик Петропавловского собора претерпел немало изменений. После катастрофического пожара (1756) исчезла фигурная кровля с переломом, а колокольню восстановили, увеличив ее высоту. Новый изящный купол оказался несоразмерным общему силуэту. В 1857-1858 годах по проекту инженера Д.И. Журавского деревянная конструкция шпиля заменена металлической, и он стал еще выше и стройнее. На его острие была установлена новая (четвертая по счету) фигура ангела, ставшего одним из самых популярных символов города. Отделка интерьера неоднократно возобновлялась. От первоначальной сохранились фрагменты живописи, резная кафедра и грандиозный иконостас, выполненный в 1722- 1729 годах московскими резчиками по проекту И.П. Зарудного и Д. Трезини. В его легких динамичных формах блистательно воплощены черты барокко.

Собор с самого начала служил усыпальницей царствующей фамилии. В нем погребены почти все российские императоры. В 1897-1908 годах рядом была возведена Великокняжеская усыпальница (Д.И. Гримм, А.И. Томишко, Л.Н. Бенуа). Это центрическое купольное здание многими деталями перекликается с Петропавловским собором и воспринимается как его продолжение. Перед двором усыпальницы с западной стороны Л.Н. Бенуа поставил решетку по образцу невской ограды Летнего сада.

На территории крепости находятся сооружения разных периодов. Наиболее интересны: Комендантский и Инженерный дома (1740-е), миниатюрный Ботный дом, построенный в 1761-1766 годах А.Ф. Вистом для хранения ботика Петра I, здание Монетного двора, сооруженное в 1800-1805 годах А. Порто.

Петропавловская крепость вошла в историю и как «Русская Бастилия» — главная политическая тюрьма самодержавия. Ныне здесь — музей-заповедник, основная часть Музея истории Санкт- Петербурга.