В 1500—1515 годах был построен каменный кремль, который не был взят ни разу за всю историю. Под его стенами в 1612 году земский староста Кузьма Минин собрал средства и вместе с князем Пожарским организовал народное ополчение для освобождения Москвы и всей России от поляков и литовцев. С 1817 года, с переводом в город Макарьевской ярмарки, располагавшейся ранее близ Желтоводского Макариева монастыря, он становится одним из крупнейших торговых центров России. В 1896 году в городе прошла Всероссийская художественно-промышленная выставка, давшая развитие российскому трамваю. Во время советской индустриализации 1930-х годов в нём были построены крупные машиностроительные предприятия, в том числе крупнейший автогигант — Горьковский автомобильный завод (ГАЗ). Во время Великой Отечественной войны 1941—1945 годов город был крупнейшим поставщиком военной техники, в силу чего подвергался бомбардировкам, мощнейшим во всём Среднем Поволжье. После войны город был награждён орденом Ленина. 20 ноября 1985 года в городе был запущен первый участок метрополитена. В 2012 году запущена линия канатной дороги с самым большим в Европе безопорным пролётом над водной поверхностью как дополнение к системе пассажирского транспорта. В 2013 году была запущена городская электричка. В 2018 город стал одним из мест проведения чемпионата мира по футболу.