Die industrielle Funktion der Stadt blieb auch im 19. Jahrhundert bestimmend. Seit 1840 galt Jekaterinburg als Zentrum der Metallverarbeitung und bereits Anfang des 19. Jahrhunderts lag es hinsichtlich der Industrieproduktion an der Spitze der Uralstädte. Ab der Mitte des 19. Jahrhunderts erfolgte infolge einer Krise im Metallsektor eine Diversifikation der lokalen Wirtschaftsstruktur. Im letzten Viertel des 19. Jahrhunderts siedelten sich zahlreiche russische Banken in der Stadt an und Jekaterinburg übernahm zunehmend überregionale Funktionen im Banken- und Kreditwesen. Die Stadt wurde auch kulturell Zentrum des Uralgebietes und hatte 1897 43.000 Einwohner. Nach dem Ausbruch der Oktoberrevolution wurde die Stadt durch die Weißgardisten des Admirals Koltschak besetzt. Am 25. Juli 1918 wurde Jekaterinburg von Truppen der auf der Seite der Komutsch (Komitee der Mitglieder der konstituierenden Versammlung) stehenden Tschechoslowakischen Legionen unter Stanislav Čeček eingenommen. Erst im Juli 1919 gelang es der Roten Armee die Stadt zurückzuerobern. Weltweit bekannt wurde sie durch die Ermordung der Zarenfamilie im Verlauf des Russischen Bürgerkrieges 1918.