Prinsen av Wales och Hertiginnan av Cornwall var bland dem vid evenemanget i St Pauls Cathedral i London.
Företrädare för Storbritanniens väpnade styrkor och alla länder som deltog i striden var närvarande, liksom ättlingar till män som kämpade i den.
Striden vid Waterloo kostade tusentals brittiska och allierade liv i Napoleons nederlag.
Nästan 180.000 man kämpade i mer än 10 timmar, med mer än 35.000 hästar och omkring 500 kanoner på båda sidor.
Waterloo: Den dag som bestämde Europas öde
Upptäck hur nära Britannien kom att besegras vid Waterloo
Wellington: Forging 'Iron Duke'
Napoleon Bonaparte: Den lilla korpralen som byggde ett imperium
Tjänsten, som också besöktes av statsminister David Cameron, är en del av en serie evenemang som markerar årsdagen.
Earlen av Wessex, hertigen och hertiginnan av Gloucester och den nionde hertigen av Wellington tillhörde också församlingen.
Omkring 200 barn och 200 lärare inbjöds, tillsammans med personer ur allmänheten som gick med i en omröstning för biljetter.
Brittiska soldater i full militär regalia stod för ögonen utanför katedralen när gästerna gick in.
Squadron Sgt Maj Tony Gray, 76, från Light Cavalry, sade: " Den här årsdagen betyder mycket.
"Slaget förändrade historien. Hade vi inte vunnit, skulle vi förmodligen tala franska nu."
Utdrag ur berättelserna om striden lästes upp vid gudstjänsten av brittiska, franska och tyska läsare.
En minnesgudstjänst med hertigen av Kent i närvaro hölls också i Belgien med europeiska dignitärer.
På onsdagen avtäckte Prins Charles ett minnesmärke i Belgien över de brittiska soldater som kämpade och dog i Waterloo.
Prinsen och Hertiginnan av Cornwall besökte slagfältet innan avtäckte minnesmärket på Hougoumont Farm, en viktig plats i striderna.
Platsen spelade en avgörande roll för hertigen av Wellingtons allierade armés seger över Napoleons franska styrkor 1815, och såg några av de våldsammaste striderna i slaget.
Minnesmonumentet skildrar två stora soldater som kämpar för att stänga gårdens norra grind för att rädda den från att invaderas av fransmännen.
Soldater från Coldstream Guards lyckades stänga porten och Wellington senare sade resultatet av Waterloo "vände på stängningen av portarna vid Hougoumont".
Prins Charles och hertiginnan tog också en rundtur på slagfältet, med start på La Belle Alliance Farm - som tjänade som Napoleons högkvarter.
Hertiginnan har en direkt koppling till det nya monumentet då hennes farfarsfar, John Whitehill Parson, kämpade vid Waterloo medan hon tjänstgjorde med det tionde regementet av lätta dragoner.
Mer än 5000 entusiaster kommer att utföra strid re-enactment displayer på Waterloo under helgen som bicentenary jubileum fortsätter.
Och tiotusentals människor förväntas delta i en ljud-och-ljusshow på slagfältet senare.
Striden utkämpades efter det att den franske kejsaren Napoleon erövrade stora delar av Europa, innan han besegrades av allierade styrkor 1814.
Han blev landsförvisad till ön Elba i Medelhavet, men rymde följande år, och den 18 juni 1815 mötte hans trupper återigen de allierade styrkorna i Waterloo - ungefär 10 miles från den belgiska huvudstaden, Bryssel.
Kungafamiljen har deltagit i en gudstjänst för att fira 200-årsdagen av slaget vid Waterloo.