В 1825 году император Николай I приобрел земли к востоку от Нижнего парка и подарил их своей жене Александре Федоровне. Они получили название «Собственная ее величества дача Александрия». Через год здесь уже ведутся работы: разбивается пейзажный парк, строится двухэтажный дворец Коттедж, еще позднее — Фермерский дворец и Готическая капелла.

Одновременно к западу от Петергофа Николай I приобрел дачу Нарышкиных для своей дочери Марии Николаевны и ее мужа, герцога Лейхтенбергского. Архитектор А. И. Штакеншнейдер в 1839–1842 годах построил здесь в стиле классицизма загородный дворец, а вокруг дворца Лейхтенбергских был разбит пейзажный парк.

В ноябре 1848 года указом императора Николая I уездную управу перенесли из Ораниенбаума в Петергоф, и город стал центром Петергофского уезда Санкт-Петербургской губернии.

В 1853–1857 годах на средства известного предпринимателя А. Штиглица была построена Петергофская железная дорога от Петербурга до Нового Петергофа. И местность стала пользоваться огромной популярностью у вездесущих дачников.

Обратимся снова к книге Д. А. Засосова и В. И. Пызина «Из жизни Петербурга 1890–1910 гг.»: «Новый Петергоф дачной местностью назвать было нельзя. В этом "русском Версале" были собственные роскошные дачи, виллы великосветских людей, придворных. Чувствовалось, что здесь — резиденция царя: везде охрана, конвой, который в кавказской форме беспрестанно гарцевал вдоль ограды, много полиции, три гвардейских кавалерийских полка — драгунский, конно-гренадерский и уланский, а за железной дорогой квартировал пехотный армейский полк. Диковинный дворцовый ансамбль привлекал внимание самой разнообразной публики...

Обывателей удивляло, что место, расположенное на берегу моря, у самой воды, нуждалось в другой какой-то воде для осуществления работы фонтанов, что пришлось рыть 20-километровый канал из-под Ропши (вернее, от речки Каваши), который был вырыт за два месяца с помощью примитивной техники, руками около двух тысяч людей...

Летом в Нижнем саду ежедневно играла музыка. Около царской купальни была устроена раковина для оркестра, имелись места для публики...

Состав гуляющей публики был самый разнообразный, приходили любоваться на фонтаны и дворцы самые скромные служащие, рабочие, крестьяне... Дворцы можно было осматривать бесплатно. Никаких экскурсоводов тогда не было, и помещения показывал сторож, который давал некоторые объяснения, за что получал на чай».

До 1917 года Петергоф был одной из главных летних императорских резиденций, которую населяли в основном дворцовые служители, офицеры и солдаты лейб-гвардейских полков.

В 1918 году бывшие императорские дворцы Петергофа превращены в музеи, а в многочисленных корпусах, где прежде жили придворные, стали открываться дома отдыха, санатории, детские учреждения.

С 23 сентября 1941 года по 19 января 1944 года город был оккупирован фашистскими войсками. Линия фронта проходила на западной границе города по линии обороны Ораниенбаумского плацдарма. В результате Петергоф был почти полностью разрушен или сожжен. Наиболее сильно пострадал ансамбль Нижнего парка. Около 30 тысяч предметов живописи, декоративно-прикладного искусства и скульптуры из дворцовых коллекций было уничтожено или разграблено; фонтаны и водоводная система выведены из строя, 10 тысяч деревьев — более одной трети зеленого массива — вырублены.

В 1944 году Петергоф был переименован в Петродворец, так как немецкое название тяжело воспринималось на фоне разрушений, оставленных фашистской армией. В том же году началось восстановление города, дворцово-паркового ансамбля и системы фонтанов. На возрождение потребовалось почти двадцать лет.

В мае 1964 года, в день празднования 250-летия Петергофа, открылись двери первых воссозданных залов Большого дворца. Облик довоенного города был сохранен, и началось новое строительство. На основных улицах появились небольшие двух- и трехэтажные дома. Были реконструированы Привокзальная и Советская площади. Возродился Завод точных технических камней (бывшая гранильная фабрика), который с 1954 года начал производство наручных часов.

В 1960-х годах для Петродворцового района начинается новая эпоха: в Старом Петергофе приступают к строительству научно-учебного городка Ленинградского государственного университета. С 1971 года один за другим сюда переезжают физический факультет, Научно-исследовательский институт физики, факультеты прикладной математики — процессов управления, математико-механический и химический, астрономическая обсерватория и вычислительный центр, Институт химии, Институт вычислительной математики и процессов управления. В городке были также построены студенческие общежития, жилые дома для сотрудников университета. Сюда же переводится Военное электротехническое училище имени А. А. Попова (ныне Военно-морской институт радиоэлектроники им. А. С. Попова — ВМИРЭ).

В 1960–1970-е годы в Петродворце началось массовое жилищное строительство. Выросли новые кварталы с пяти- и десятиэтажными домами, школами, торговыми центрами. Возле Английского парка, на бывшем Кадетском плацу, был возведен новый жилой массив с высотными зданиями. В районе нет крупных гипермаркетов, зато много небольших продовольственных и промтоварных магазинов шаговой доступности.

Богатейший научный и культурный потенциал Петергофа позволил ему получить в 2005 году статус первого на Северо-Западе России наукограда.