С 1762 года Петергоф — город в ведении Дворцового ведомства.

В конце XVIII века по проектам архитектора Джакомо Кваренги и садового мастера Джемса Медерса был создан пейзажный Английский парк, в парке построен Английский дворец.

Вот как описывает Петергоф И. Г. Георги в 1794 году:

«Слобода Петергоф имеет каменную церковь, кроме оной однако же токмо деревянные, но столь хорошие строения, что оная на городок походит. Она содержит жилища некоторых придвоных людей, конюшни, сараи и т. д. На высоком берегу расставлено с лишком тридцать пушек, для употребления в придворные праздники».

В конце XVIII века в городе числилось 57 обывательских домов, а в 1801 году вдоль Правленской улицы сложился ансамбль первых каменных зданий. Кроме служащих в ней стали селиться свободные люди, «обыватели». В 1824 году Александр I, велел перестроить «на казенный счет 58 наиболее уродливых зданий» по «образцовым проектам», разработанным В. П. Стасовым, В. Гестой, Л. Руской. В XIX — начале XX века в городе размещались лейб-гвардии Конно-гренадёрский, Уланский и Драгунский полки, а также Каспийский 148-й пехотный полк. С 1828 года в окрестностях Петергофа проходили летние лагерные учения воспитанников перебургских военно-учебных заведений.

В 1825 году земли к востоку от Нижнего парка император Николай I приобетает и дарит своей жене Александре Фёдоровне, и они получают название «Собственная её величества дача Александрия». С 1826 года архитектором А. А. Менеласом разбивается здесь пейзажный парк, строится двухэтажный дворец Коттедж. В 1830—1831 годах в парке строится Фермерский дворец, а в 1835 году Готическая капелла (архитектор К.Шинкель).

В 1828—1830-х годах к югу от Санкт-Петербургского проспекта создавался комплекс казарм лейб-гвардии Уланского полка. В 1830-е ведущим архитектором Петергофа был А. Шарлемань, создавший в 1837—1840-х годах комплекс готических домов и городской ансамбль с пожарным депо перед Верхним парком.

В 1826 году зверинец был перенесён к югу от Английского парка. Рядом возникла Егерская слобода. По проекту архитектора И.Шарлеманя на территории слободы в 1840 году выстроен военный госпиталь, а в 1848 году здание Присутственных мест, в 1879 году появляется богадельня, построенная по проекту Н. Бенуа.

Одновременно к западу от Петергофа Николай I приобретает дачу Нарышкиных, и она стала имением дочери императора Марии Николаевны и её мужа герцога Лейхтенбергского. Архитектор А. И. Штакеншнейдер в 1839—1842 годах строит здесь в стиле классицизма загородный Дворец Лейхтенбергских. Помимо дворца Штакеншнейдер возвёл Кухонный и Гофмейстерский корпуса, а в 1845—1846 годах покрытую мрамором Капеллу. Вокруг был разбит пейзажный парк Лейхтенбергского

В 1832 по 1857 годы к югу от Верхнего парка у Ольгина пруда возникает Колонистский парк. Он был создан по проектам архитектора А.Штекеншнейдера, садового мастера П.Эрлера и инженера М.Пилсудского. В 1842—1844 годах на островах Ольгина пруда возникают Царицын павильон (в подарок супруге императора Николая I Александре Федоровне) и Ольгин павильон (для дочери Николая I Ольги Николаевны).

В 1836 году разрастающуюся Малую слободу переименовали в Санкт-Петербургский форштадт. В 1850 году ведущим архитектором стал Н.Бенуа, уже построивший Верхнесадский дом (1847) и Фрейлинские дома (1848). Среди его последующих построек можно назвать: Дворцовый госпиталь (1853), почта (1854), железнодорожный вокзал (1857), конюшни (1852).

13 (26) ноября 1848 года указом императора Николая I уездную управу перенесли из Ораниенбаума в Петергоф. Город становится центром Петергофского уезда Санкт-Петербургской губернии.

В 1853—1857 годах на средства известного предпринимателя А. Штиглица была построена Петергофская железная дорога протяжённостью 30 км — от Петербурга до Нового Петергофа. До этого, с 1830-х годов, по Петергофскому шоссе ездил сухопутный паровоз. В 1854—1857 годах велось строительство железнодорожной станции Петергоф. С 22 июля началось регулярное движение поездов. Состав прозвали «Кукушкой»; билеты продавали студенты, жившие на окрестных дачах; машинист и кондуктор были тоже нештатные.

В конце XIX века в городе появились два гимназические здания. В 1905 году по проекту В. Султанова на берегу Ольгина пруда возвели собор святых Петра и Павла, а напротив него — небольшое здание церковно-приходской школы.

В годы Первой мировой войны в Петергофе дислоцировались первая, вторая и третья школы прапорщиков.

До 1917 года Петергоф был одной из главных летних императорских резиденций, которую населяли в основном дворцовые служители, офицеры и солдаты лейб-гвардейских полков.