Osmanene forvandlet raskt byen fra en bastion for kristendommen til et symbol på islamsk kultur. Religiøse stiftelser ble etablert for å finansiere bygging av storslåtte keiserlige moskeer, ofte forbundet med skoler, sykehus og offentlige bad. Det osmanske dynastiet tok status som kalifat i 1517 og Istanbul forble hovedstaden i dette siste kalifatet i fire århundrer. Suleiman den stores regjeringstid 1520-1566 var en periode med særlig store kunstneriske og arkitektoniske prestasjon, sjefsarkitekt Mimar Sinan utviklet flere ikoniske bygninger i byen, mens osmansk kunst som keramikk og kalligrafi blomstret. Den totale befolkningen i Istanbul utgjorde ved slutten av det 18. århundre.