В XX веке город ожидали большие потрясения. Казань стала одним из центров революции, в 1918 году за город в ходе гражданской войны велись ожесточённые бои. В 1920 году был подписан Декрет об образовании Автономной Татарской Социалистической Советской Республики со столицей в Казани. В 1930-е годы началась интенсивная индустриализация города, сопровождавшаяся быстрым ростом населения. Были построены новые предприятия, введены в строй новые теплоэлектроцентрали. В годы Великой Отечественной войны в Казань были эвакуированы крупные заводы (в том числе Московский авиазавод имени С. П. Горбунова, Воронежский моторостроительный завод), переброшена часть Академии наук СССР, промышленные предприятия были переведены на производство военной продукции для нужд фронта. Казань была включена в число 20 городов СССР, подлежащих атомной бомбардировке, согласно первому послевоенному плану войны против СССР, разработанному в США уже в 1945 году, а также включался и в последующие подобные планы.