В 1990 году исторический центр Санкт-Петербурга и дворцово-парковые ансамбли пригородов включены в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Под охраной государства в Санкт-Петербурге находятся около 8 тысяч памятников архитектуры. В 2005 году принята Петербургская стратегия сохранения культурного наследия. Величественный облик Санкт-Петербурга определяют архитектурные ансамбли, строгие прямые улицы, просторные площади, сады и парки, реки и многочисленные каналы, набережные, мосты, узорчатые ограды, монументальные и декоративные скульптуры. Архитектурные ансамбли XVIII — XX веков: Петропавловская крепость, Александро-Невская лавра, Смольный институт, Дворцовая площадь с Зимним дворцом, Адмиралтейство, Невский проспект, Стрелка Васильевского острова со зданием Биржи, Сенатская площадь с памятником Петру I, улица Зодчего Росси и площадь Островского, площадь Искусств, Исаакиевская площадь и, сформированная во второй половине XX века, площадь Восстания.

С первых дней своего существования город стал вызовом традиционному представлению о городе с многовековой историей, который растёт и развивается медленно. Пётр I задумывал город по образцу Венеции и Амстердама: вместо улиц, мощёных камнем, Санкт-Петербург должна была покрыть сеть каналов, по которым жители перебирались бы на лёгких судах. Хотя мечте Петра не суждено было сбыться, именно зарубежный опыт лёг в основу дальнейшей застройки. Автором первого Генерального плана города 1716 года был итальянский архитектор Доменико Трезини: прямые перпендикулярные улицы, широкие «прошпекты» стали характерной чертой новой столицы. Такая планировка видна на примере Васильевского острова и «трезубца»: Адмиралтейство — Невский проспект, Гороховая улица, Вознесенский проспект. Почти вся застройка центральной части города появилась позже, но геометрически заданные площади и улицы определили облик города до наших дней. Решающую роль в этом сыграла личность Петра I, он лично выбрал место Невского проспекта, Адмиралтейства, Петропавловской крепости, ввёл жёсткую градостроительную дисциплину. Все здания в Санкт-Петербурге по указу Петра должны были строиться из камня (одновременно с этим во всех иных городах России было запрещено использовать камень в качестве основного строительного материала). В те времена получил распространение стиль петровского барокко, представителями которого являются итальянцы Д. Трезини, Дж. М. Фонтана, Н. Микетти, француз Жан-Батист Леблон, немцы А. Шлютер, Г. Маттарнови, русский М. Земцов. В городе сохранилось несколько зданий, построенных в этом стиле: Петропавловская крепость с Петропавловским собором, Летний дворец, Кунсткамера, здание Двенадцати коллегий, Меншиковский дворец. В середине XVIII века стал преобладать стиль елизаветинского барокко, представленного архитекторами Ф. Б. Растрелли (Зимний дворец, Смольный монастырь, Большой Петергофский дворец в Петергофе, Екатерининский дворец в Царском Селе) и С. И. Чевакинским (Никольский морской собор).

В 1844 году императором Николаем I был издан указ о запрещении строить гражданиские здания в городе выше Зимнего дворца. Со второй половине XVIII века преобладающим в архитектуре города стал классицизм. Основные архитекторы этого стиля: В. И. Баженов (Михайловский замок), Ж.-Б.Валлен-Деламот (здание Академии художеств, Большой гостиный двор), А.Ринальди (Мраморный дворец), И. Е. Старов (Таврический дворец, Троицкий собор Александро-Невской лавры), Дж. Кваренги (здание Смольного института, Александровский дворец в Царском Селе), Ч.Камерон (Павловский дворец); и более поздней (с начала XIX века) его разновидности, стиля русского ампира: А. Н. Воронихин (Казанский собор), А. Д. Захаров (Главное адмиралтейство), Ж.Тома де Томон (Стрелка Васильевского острова), К. И. Росси (Михайловский дворец, здание Главного штаба, Александринский театр, здание Сената и Синода), В. П. Стасов (Спасо-Преображенский собор, Троице-Измайловский собор), О.Монферран (Исаакиевский собор). В середине XIX века в архитектуре стала преобладать эклектика: А. И. Штакеншнейдер (Мариинский дворец, дворец Белосельских-Белозерских), А. П. Брюллов (Лютеранская церковь Святых Петра и Павла), К. А. Тон (здание Московского вокзала), А. А. Парланд (храм Спаса на Крови). С середины века начинается сооружение новых набережных и мостов, идёт большое строительство доходных домов. Именно в этот период формируются Литейный, Владимирский и Загородный проспекты.

Дворцовая площадь зимней ночью. Зимний дворец, здание штаба Гвардейского корпуса, Александровская колонна, здание Главного штабаВ начале XX века в городе появляются здания в стиле модерн, в числе которых Дом компании «Зингер», Елисеевский магазин, гостиница «Астория», Витебский вокзал. Следом пришёл стиль неоклассицизма («Дом с башнями» на площади Льва Толстого), сменившийся с 1920-годов конструктивизмом (Дворец культуры имени А. М. Горького, Большой дом на Литейном проспекте) и сталинским ампиром (ансамбли Московской площади, Московского проспекта, проспекта Стачек, площади Калинина, станции первой очереди Ленинградского метрополитена). С конца 1960-х годов началось массовое возведение «хрущёвок», а с 1970-х годов «домов-кораблей». В то же время появляются здания, построенные по индивидуальным проектам: Дворец спорта «Юбилейный», ансамбль площади Победы, гостиница «Прибалтийская», спортивно-концертный комплекс им. В. И. Ленина.

В последнее время происходит снос зданий в историческом центре: были уничтожены казармы Преображенского полка (одного из старейших в России) и сапёрного батальона (Кирочная улица), 5 домов на Невском проспекте, корпус XVIII века и интерьеры дома Чичерина, несколько домов на улице Восстания и Литейном проспекте, дом на Вознесенском проспекте, ряд зданий на Петроградской стороне и другое. Некоторые из снесённых домов имели официальный статус памятников архитектуры.

Красуйся, град Петров, и стой
Неколебимо как Россия,
Да умирится же с тобой
И побежденная стихия;
Вражду и плен старинный свой
Пусть волны финские забудут
И тщетной злобою не будут
Тревожить вечный сон Петра!

А. С. Пушкин

В 2008 году вступили в силу изменения в законодательстве, которые сняли запрет на приватизацию памятников федерального значения, действовавший в России с 2002 года. В этот список приватизации могут попасть около 650 строений города, находящихся пока в федеральном списке охраны.