Szentpétervár történelmi központja az a viszonylag kis terület a Néva deltájának partján, amely körül a nagyváros kialakult, ahol létrejöttek alapvető létesítményei és intézményei, fennmaradtak meghatározó történelmi és építészeti emlékei. Viszonylag egységes arculatát, építészeti örökségét a barokk és a klasszicista épületcsoportok, az általuk határolt tágas terek, kiépített rakpartok, csatornák és hidak sokasága jellemzi. Szentpétervár történelmi központját a város környékének más műemlékeivel együtt 1990-ben felvették az UNESCO világörökség listájára.
Szentpétervár a Finn-öböl partján, a Néva-folyó deltájára épült, ahol a folyó két nagy és sok kis ágra bomlik. Amikor 1703-ban elkezdték építeni a Péter-Pál-erőd földsáncait egy hadászatilag fontos szigeten, még javában folyt Oroszország és Svédország között a háború. Egy évvel később a déli ág, a Nagy-Néva bal partján hozzákezdtek az Admiralitás építéséhez, melyet szintén sáncok és árkok védtek, mert dokkjaiban gyors ütemben készítették a flotta hadihajóit. A folyón följebb, a mai Szmolnij helyén szurokraktár volt a hadiflotta számára (az orosz szmola jelentése: "szurok"). A svédek felett 1709-ben Poltavánál aratott győzelem után kezdődött el a település kialakítása.
A várost alapító I. Péter cár Nyugat-Európából hívott építészeket, közben orosz fiatalokat küldött nyugatra tanulni. 1706 táján érkezett Domenico Trezzini (1670 körül–1734), aki részt vett a Péter-Pál-erőd építésében. Ő építette többek között I. Péter Nyári palotáját a Néva bal partján, az 1710-ben alapított Alekszandr Nyevszkij-kolostor első épületeit és elkészítette az első rendezési tervet is. J. B. Le Blond francia építész 1716-ban kapcsolódott be a munkába. A leendő település központját a két nagy folyóág között fekvő Vaszilij-szigeten tervezték létrehozni. Ekkor kezdtek hozzá a szigeten, a Nagy-Néva jobb partján az első orosz állami múzeum, a Kunsztkamera építéséhez (1718-1734) és Trezzini irányításával az ún. Tizenkét kollégium (kormányzati hivatalok) épületcsoportjának kialakításához (1722-1742), melyben 1819 óta az egyetem működik. 1710-1716 között emelték a partszakasz ma is legszebb épületét, a barokk stílusú Mensikov-palotát (G. Fontana és G. Schedel).
Az árvízveszélynek kitett sziget azonban nem volt alkalmas városközpontnak, helyette fokozatosan a Néva bal oldali, déli partja kezdett kiépülni. A városszerkezet kialakításában az Admiralitás tömbje volt a meghatározó. Innen sugárszerűen indult ki két főútvonal: a Novgorod felé vezető út (későbbi nevén: Voznyeszenszkij sugárút) és a közeli Alekszandr Nyevszkij-kolostorhoz, illetve Moszkva felé vezető Nyevszkij proszpekt (Névai sugárút).
Az 1737-es tűzvészben a faházak java leégett, ezért bizottságot hoztak létre az építkezések központi szabályozására. 25 évvel később már a kőből való építkezést szorgalmazták és meghatározták annak fő szempontjait. Kijelölték egy harmadik "sugár", a Gorohovaja utca irányvonalát és a három sugárutat összekötő, félkörívet alkotó Szadovaja körutat. Ez a világos, áttekinthető utcaszerkezet később mintául szolgált más orosz városok rendezési terveihez. Megszabták, hogy az utak egyenesek, a terek mértanilag kimértek legyenek, előírták, hogy a házak homlokzatukkal az utca vonalában álljanak; a terjeszkedő városra az egységes elképzelés, a célszerűség nyomta rá bélyegét. Mindez sokkal inkább hasonlított egyes fejlett nyugati városokra, mint az ősi orosz városok kusza, falak közé zárt, középkorias világára.
I. Péter idejéből kevés alkotás maradt fenn változatlan formában. Az 1730-as években az Admiralitást Ivan Korobov (1700-1740) tervei alapján átalakították, és ekkor épült ki kőből a Péter-Pál-erőd, közepén a katedrális magasra nyúló, tű alakú tornyával. Kb. a 18. század közepétől számított száz év alatt jöttek létre azután a történelmi városközpont meghatározó palotaegyüttesei és terei.
A 18. század második felében a pétervári barokk (vagy orosz barokk) legnevesebb képviselője Francesco Bartolomeo Rastrelli (1700–1771) volt. Szobrász apja, Carlo Bartolomeo Rastrelli még I. Péter cár idején érkezett a városba. Rastrelli munkái többek között:
Szentpétervár építészetében az 1780-as évek jelentették az átmenetet a barokkból a tiszta és egyszerű kompozíciós formákat előnyben részesítő klasszicista stílushoz. A korszak nevesebb építészei többek között Antonio Rinaldi (1710–1794), Ivan Sztaszov (1745–1808) és Giacomo Quarenghi (1744–1817).
A 19. század első felének építészetében Szentpéterváron is a klasszicista stílus lett az uralkodó. Ez a stílus különösen alkalmas a heroikus témák építészeti megfogalmazására. A témát különösen aktuálissá tette, hogy Napóleon legyőzésével az Orosz Birodalom Európa egyik vezető hatalma lett. Ennek a korszaknak meghatározó építész-egyénisége Carlo (Karl) Rossi (1775–1849) volt.
A történelmi negyed központi részét ma is három, egymáshoz kapcsolódó nagy tér alkotja. Mindhárom: a Palota tér, az Izsák tér és a Dekabristák tere (vagy Szenátus tér) mai formájában az 1815 utáni években alakult ki, és a Napóleont legyőző Orosz Birodalom nagyságát volt hivatott kifejezni.
A városkép lényeges részei a történelmi városközpontot átszövő kisebb folyóágak és csatornák. I. Péter idejében a Néva-delta egyik rövid folyóága, a Mojka képezte a település déli határát; az 1760-as évektől már az ennél jóval délebbre kialakított Fontanka-csatorna, mely forgalmas víziútként is szolgált; 1805-ben pedig még délebbre tolták a határt, ezért létesítették az Obvodnij- (Megkerülő-) csatornát. A nagyszabású városrendezési munkák részeként az 1760-as években megkezdődött a rakpartok kiépítése. A 18. század végére a Néva rakpartjai lényegében már kialakultak. A folyóágak, csatornák partjait is gránitlapokkal burkolták, díszesen megformált védőkorlátokkal látták el.
A város területén (az elővárosokat nem számítva) 342 híd van, közülük 22 felnyitható. 1850-ben készült el az első állandó híd a Nagy-Néván, a Blagovescsenszki-híd (neve a szovjet időszakban: Schmidt hadnagy hídja). A város legszebb hídjai között tartják számon a Nyevszkij sugárúton az Anyicskov-hídat (1841-1842, átépítve 1906-ban), melyet az itteni egykori fahíd építőjéről neveztek el, és a Fontankán átívelő négykupolás tornyokkal ellátott Lomonoszov-hídat (1787). A kiépített rakpartok mentén egymás mellett sorakozó lakóházak, a csatornák fölött átívelő apró hidak ugyanúgy jellemzik a régi városnegyedeket, mint a Néva-part díszes palotái.
2005-2007 között a városi építkezések során több régi épületet elbontottak a történelmi központban. Köztük volt a híres Preobrazsenszki gárdaezred kaszárnyája és a Nyevszkij sugárút öt épülete is. A készülő nagyszabású városépítési tervek, illetve a már felhúzott új épületek alkotói nem mindig veszik figyelembe a városközpont védett értékeit, esetenként megzavarják a történelmileg kialakult egységes arculatot. Ezekre a veszélyekre az UNESCO illetékes bizottsága is felhívta a figyelmet.