ük Kıyamet" olarak da adlandırılan; 14 Eylül 1509 İstanbul Depremi sonrasında (8 şiddetinde olduğu ileri sürülmektedir); 45 gün süren artçı sarsıntılarla binlerce bina yıkıldı ve birçok insan yaşamını kaybetti.

1510 yılında; Sultan II. Beyazıd; 80.000 kişinin çalışmasıyla şehri yeniden kurdu. Günümüzde de var olan eserlerin büyük çoğunluğu bu dönemden kaldı. Mimar Sinan'ın camileri ve diğer binaları kurduğu I. Süleyman döneminde; mimari ve sanat konularına önem verildi. Lale Devri döneminde; Sadrazam Nevşehirli Damat İbrahim Paşa 1718 yılından itibaren; itfaiye'yi kurdu, ilk matbaayı açtı ve fabrikalar kurdu. 3 Kasım 1839'da ilan edilen Tanzimat Fermanı sonrasında da batılaşma süreci hızlandığı dönemde birçok alanda yenilikler yaşandı.

Haliç'in üzerine köprü; Karaköy'e tünel, demiryolları, kentin içindeki deniz taşımacılığı, belediye örgütlerinin, hastanelerin kurulmasıyla modern bir şehir hâlini alan İstanbul, 1894 yılında Üçyüzon Depremi ile birlikte tekrar büyük bir zarar gördü. I. Dünya Savaşı'nın sonlarında ise 13 Kasım 1918'de İtilaf Devletleri donanmasınca da işgal edildi.
İstanbul'un 2500 yıllık başkentlik dönemi 29 Ekim 1923'te sona erdi.

Osmanlı ve Bizans kayıtlarında, 1402'de Yıldırım Bayezid döneminde İstanbul’un alınması amacıyla yapılan kuşatma kaldırılırken, yapılan anlaşma gereği bir Türk (Müslüman) mahallesi kurulması şartına uygun olarak Göynük ve Taraklı’dan 760 hane Manav Sirkeci'ye yerleştirildi.

Cumhuriyet sonrası 1923-1950 yılları arasında fiziksel atılımlar oldu. 1900'lerin başında 1 milyon olan nüfus, 1927'de 690.000'e düştü, 1935'te 740.000 ve 1945'te tekrar 900.000'e ulaştı. 1950'lerde Balkanlar'dan göç alan şehirde, bu dönemde şehirleşmede gecekondular ön plana çıkmaktadır. 1960'larda ise gecekonduların yanında, apartmanlaşma başladı. 1970'lerde ise hızlı nüfus artışı ile konut ve ulaşım sorunları önem kazandı. Bu dönemde otomobil sayısının artması ve sonucunda trafiğin artması Boğaziçi Köprüsü'nün yapılmasında etkili oldu ve ulaşımda önemli bir noktaya varıldı. İstanbul metropoliten alanı 1970-1975 yılları arasında merkezde 50 kilometre yarıçaplı iken 1980'de 60 kilometre yarıçapa ulaştı. 1990'ların nüfus artışı, nüfusun dış taraflara yayılması ile sonuçlandı ve sonucunda İETT'nin yetersiz gelmesi ile dolmuş ve minibüsler bu açığı kapatmaya çalıştılar.
70’li yıllarda eski hızı ile olmasa da imar faaliyetleri canlanan şehirde 1973 yılında Boğaziçi Köprüsü açıldı.

İstanbul, 1984 yılında çıkarılan 2972 sayılı kanun ve 195 sayılı kanun hükmünde kararname sonucu Ankara ve İzmir ile birlikte büyükşehir unvanı kazandı. Aynı yıl çıkarılan 3030 sayılı kanun ile büyükşehir ve ilçe belediyeleri statüleri netleşti. 2004 yılında çıkarılan 5216 sayılı kanun ile büyükşehir belediyesinin sınırları il mülki sınırları oldu.

Kent, çok kez el değiştirip, yıprandığından kentte, Roma İmparatorluğu Dönemine ait fazla yapı kalmadı.Kalanlar içinde en önemlileri: 330 yılında İmparator I. Konstantin onuruna kentin yedi tepesinden birine dikilen anıt. Sütun her biri 3 ton ağırlığında ve 3 metre çapında olan bileziklerle birbirine bağlanmış toplam 8 adet sütun ve bir kaidenin üst üste konulmasıyla oluşturuldu. Bu dönemden günümüze kalan bir başka yapı da Bozdoğan Kemeri'dir. Kentin su rezerv sisteminin inşası İmparator Hadrianus döneminde başladı. I. Konstantin zamanında kentin yeniden yapılanması ve büyümesiyle birlikte hızla artan nüfusun ihtiyacını karşılamak için sistemin daha da genişletilmesine gerek duyuldu. Kemer, suyunu Kâğıthane ile Marmara Denizi arasında kalan tepelerin yamaçlarından alan ve Trakya'nın tepelik bölgelerinden kente kadar uzanarak kentin su gereksinimini karşılayan geniş kemerler ve kanallar sisteminin son noktasında yer aldı. O zamanlar kente gelen bu su, toplam kapasitesi 1 milyon metreküpten fazla olan üç açık ve Yerebatan Sarnıcı gibi yüzden fazla yeraltı sarnıcında depolandı. Bugün Sultanahmet Meydanı olarak bilinen Hipodrom Meydanı ise Circus Maximus tarafından inşa edildi.

Bizans İmparatorluğu, kentte bin yıl kadar hüküm sürdü ve burayı başkent olarak kullandı. Bu özelliğinden dolayı İstanbul'da çok sayıda Doğu Roma yapısı vardır. Bunların en önemlileri Eminönü'nde toplanmıştır. Bu yapılar içinde en önemlisi, kilise olarak açılan Ayasofya Müzesi'dir. Ayasofya Bizans İmparatoru I. Justinianus tarafından 532-537 yılları arasında inşa ettirilmiş bazilika planlı bir patrik katedrali olup, 1453 yılında İstanbul'un Türkler tarafından fethedilmesiyle II. Mehmed tarafından camiye dönüştürüldü ve günümüzde müze olarak hizmet verir.
Ayasofya'dan sonra yapılan önemli yapılardan biri Fethiye Camii'di. Kilise olarak, 13. yüzyıl sonlarında Bizans'ın ileri gelenlerinden Mihail Glabas Tarkaniotes tarafından inşa ettirildi. İstanbul'un Fethi'nden sonra 1454 yılında patrikhane olarak kullanıldı, 1590 yılında İran savaşlarında Gürcistan ve Azerbaycan'ın fethedilmesiyle, fethin hatırası olarak camiye dönüştürüldü.
Gene önemli yapılardan Kariye Müzesi, manastır olarak 534 yılında Bizans İmparatoru I. Justinianus döneminde Aziz Theodius tarafından yapıldı. 11. yüzyılda I. Aleksios'un kayınvalidesi Maria Doukaina tarafından yeniden inşa ettirildi. 1204-1261 yıllarındaki Latin İmparatorluğu döneminde harap olan manastır, Theodoros Metokhites tarafından 14. yüzyılda onarıldı. Dış narteks ve parekklesion bu dönemde yapıya eklendi.

İmparatorluk devri boyunca sayısız eser yapılmıştır. Saray tipi 19. asırda Batı'dan gelerek girmiştir. Bir asır yaşayan ve son yarım asrını mimarbaşı olarak geçiren Sinan şu eserleri yapmıştır. 81 cami, 50 mescid, 55 medrese,19 türbe, 14 imaret, 3 hastahane, 7 su bendi (baraj), 8 köprü, 16 kervansaray, 33 saray, 32 hamam, 6 mahzen, 7 d'arulkurrâ. Bu 441 eser bütün imparatorluğa dağılmıştır. 1839 yılında Tanzimat Fermanı'nın ilanı ile Avrupalılaşma yolunda önemli adımlar atılmıştır. Osmanlı, 18. yüzyılın sonlarına doğru Avrupa tarzını benimsemiş ve bunu mimariye ve sanata yansıtmıştır. Avrupa'da yaygınlaşan barok stili İstanbul'da da birçok eserin yapımında uygunlanmıştır. Barok ve rokoko tarzında yapılan Dolmabahçe Sarayı, Beylerbeyi Sarayı ve Ortaköy Camii dünyada bu tür için önemli bir yer teşkil eder.

İstanbul 41° K, 29° D koordinatlarında yer alır. Batıda Çatalca Yarımadası, doğuda Kocaeli Yarımadası'ndan oluşur. Kuzeyde Karadeniz, güneyde Marmara Denizi ve ortada İstanbul Boğazı'ndan oluşan kent, kuzeybatıda Tekirdağ'a bağlı Saray, batıda Tekirdağ'a bağlı Çerkezköy, Çorlu, güneybatıda Tekirdağ'a bağlı Marmara Ereğlisi, kuzeydoğuda Kocaeli'ne bağlı Kandıra, doğuda Kocaeli'ne bağlı Körfez, güneydoğuda Kocaeli'ne bağlı Gebze ilçeleri ile komşudur. İstanbul'u oluşturan yarımadalardan Çatalca Avrupa, Kocaeli ise Asya anakaralarındadır. Kentin ortasındaki İstanbul Boğazı ise bu iki kıtayı birleştirir. Boğazdaki Fatih Sultan Mehmet , 15 Temmuz Şehitler ve Yavuz Sultan Selim Köprüleri kentin iki yakasını birbirine bağlar. İstanbul Boğazı boyunca ve Haliç'i çevreleyecek şekilde Türkiye'nin kuzeybatısında kurulmuştur.
İstanbul'un kurulu olduğu Çatalca ve Kocaeli yarımadaları aşınmış birer platodur. Bu platoların ortasından kabaca kuzeydoğu-güneybatı doğrultusunda İstanbul Boğazı geçer. İstanbul Boğazı'nın oluşumu ile ilgili bilimsel olarak kesin kabul görmüş bir açıklama yoksa da, açıklamalar içinde en yaygın olanı; jeolojik açıdan İstanbul Boğazı'nın deniz suları ile dolmuş bir fay çöküntüsü olduğudur. Buna göre, MÖ 20.000 ilâ 18.000 yılları arasında, Buzul Çağı sonlanmış ve dünyanın büyük bölümünü kaplayan buz kütlelerinin erimeye başlamıştır. Binyıllarca süren bir erime sürecinin sonucunda, MÖ 8.000 ilâ 7.000'lerde Akdeniz'in suları ilk hâlinden yaklaşık 150 metre daha yukarı çıkmıştır. Deniz seviyesindeki bu büyük ölçekli artış nedeniyle Akdeniz'in suları Marmara'yı basmış; Marmara Denizi'nin suları da devam eden yükselmeler sonucunda Karadeniz ile birleşmiştir. Boğaz'ın derinliğinin kuzeyden güneye azalma göstermesi, geçmişte kuzeydeki bu yükseltilerin Marmara'nın sularına karşı bir set görevi gördüğü ve bunların deniz seviyesindeki yükselmeyle aşıldığı savını güçlendirmektedir.

İstanbul genelinde kayda değer yükseltilere de rastlanmaz. Şehirdeki en yüksek üç nokta sırasıyla 537 metrelik Aydos Tepesi, 438 metrelik Kayış Dağı, 442 metrelik Alemdağ'dır. Şehrin topraklarının %74'ünü platolar, %9,5'ini ovalar, %16,1'ini ise alçak dağ ve tepeler kaplamaktadır. Şehrin en önemli gölleri olan Büyükçekmece, Küçükçekmece ve Durusu gölleri birer lagündür. İstanbul Boğazı'ndaki Haliç, Tarabya ve İstinye koyları ise şehirde ria tipi kıyının en iyi örnekleridir. İstanbul kıyıları son biçimini 10.000 yıl önce gerçekleşen su yükselimleriyle almıştır. Şehirde, Marmara Denizi ve Boğaz'da irili ufaklı 11 adanın yanı sıra, Karadeniz'de ufak kayalıklar ve Haliç'de Bahariye Adaları yer alır.

İstanbul'un coğrafi özellikleri ve toprak koşulları orman oluşumlarına olanak verir niteliktedir. Ancak şehir içinde ormanların ve ormanlarda görülen ağaç türlerinin dağılımı düzensizdir. Karadeniz'e yakın kuzey kesimlerde ve tepelerin kuzeye bakan yamaçlarında humuslu toprakların varlığı nedeniyle buralarda nemcil ormanlar gelişmiştir. Güney bölgelerde ve güneye bakan yamaçlarda ise kuraklığa dayanıklı ormanlar görülür. İstanbul'un en önemli ormanları Belgrad Ormanı, Aydos Ormanı ve Kayışdağı Ormanı'dır. İstanbul'daki orman arazilerinin yüzölçümü 240.960 hektar ağaçlıklı; 294.299 hektar da açıklık olmak üzere toplam 535.259 hektardır. Genel olarak İstanbul'un her iki yakasında da görülen ağaç ve çalı türleri arasında adi gürgen, adi kızılağaç, adi fındık, doğu kayını, mor çiçekli ormangülü, akçaağaç, muşmula ve ıstranca meşesi sayılabilir.

Doğal ormanların bozulduğu ya da tahrip edildiği bölgelerde psödomaki oluşumları gözlenir. Kuzeyde, Karadeniz yakınlarında görülen psödomakiler, bölgenin toprak yapısı ve iklim özellikleri nedeniyle olağandan çok daha boylu ve gürdür. Son yarım yüzyılda şehirdeki orman varlığı nüfus artışıyla paralel olarak gerilemiştir. Boğaz'a yapılan köprüler nedeniyle şehrin