La Révolution française débute à Versailles par la convocation des États généraux puis le Serment du Jeu de paume. Mais les Parisiens, atteints par la crise économique (prix du pain), sensibilisés aux problèmes politiques par la philosophie des Lumières et mus par une rancœur à l'égard du pouvoir royal ayant abandonné la ville depuis plus d'un siècle, lui donnent une nouvelle orientation[f 16]. La prise de la Bastille le 14 juillet 1789, liée au soulèvement des ébénistes du faubourg Saint-Antoine, en est une première étape. Le 15 juillet, l'astronome Jean Sylvain Bailly reçoit à l'hôtel de Ville la charge de premier maire de Paris. Le 5 octobre, l’émeute, déclenchée par les femmes sur les marchés parisiens, atteint Versailles le soir. Le 6 au matin, le château est envahi et le roi doit accepter de venir résider à Paris au palais des Tuileries et d’y convoquer l’Assemblée constituante qui s’installe le 19 octobre dans le Manège des Tuileries[c 3].
Le 14 juillet 1790 se déroule la fête de la Fédération sur le Champ-de-Mars, lieu qui sera le 17 juillet 1791 le théâtre d'une dramatique fusillade. Occupés à partir de mai 1790 après la mise en vente des biens nationaux, le couvent des Cordeliers et le couvent des Jacobins, hauts lieux du Paris révolutionnaire, marquent la toute puissance des clubs parisiens sur le cours de la Révolution[c 4].
Dans la nuit du 9 août 1792, une commune révolutionnaire prend possession de l'Hôtel de Ville. La journée du 10 août voit la foule assiéger le Palais des Tuileries avec le soutien du nouveau gouvernement municipal. Le roi Louis XVI et la famille royale sont incarcérés à la tour du Temple. La monarchie française est de fait abolie. Après les élections de 1792, les représentants de la Commune de Paris, très radicaux, s'opposent à la Convention nationale au groupe des Girondins (représentant l'opinion plus modérée de la bourgeoisie des provinces) qui sera écarté en 1793[c 5].
L'Hôtel de Ville,
le 9 Thermidor an II.Les Parisiens vivent alors deux années de rationnement. La Terreur règne sous la coupe du Comité de salut public. Les policiers de Paris, sous l'autorité de la mairie, s'emploient à incarcérer tout ce que la ville compte encore de nobles, de riches bourgeois, de prêtres et d'intellectuels en général. C'est pourquoi le maire est, à Paris, aujourd'hui encore le seul de France à être privé de tout pouvoir de police[54],[55]. Le 21 janvier 1793, Louis XVI est guillotiné sur la place Louis XV, rebaptisée « place de la Révolution ». Il est suivi sur l'échafaud en seulement quelques semaines par 1 119 personnes, dont Marie-Antoinette, Danton, Lavoisier et finalement Robespierre et ses partisans après le 9 Thermidor an II (27 juillet 1794)[c 6].
La Révolution n'est pas une période favorable au développement de la ville (peu de monuments sont édifiés) qui n'a plus que 548 000 habitants en 1800. De nombreux couvents et églises sont rasés et font place à des lotissements édifiés sans plan d'ensemble, ce qui aboutit à une réduction des espaces verts de la ville et à une densification du centre. Sous le Directoire, des immeubles de rapport, de style néo-classique, sont élevés.
En 1806, Paris a compensé les pertes subies durant la Révolution et compte 650 000 habitants[51] ; cette progression est surtout le fait de l'immigration provinciale, la natalité restant faible. Depuis le milieu du XVIIIe siècle, la ville est distancée par Londres en pleine expansion économique et démographique qui atteint 1 096 784 habitants[c 7]. Le 2 décembre 1804, Napoléon Bonaparte, qui a pris le pouvoir en 1799, est sacré empereur par le pape Pie VII à la cathédrale Notre-Dame. Il décide d'établir à Paris la capitale de son Empire.
En 1814, la Bataille de Paris entraîne la capitulation de la capitale puis conduit à la première abdication de Napoléon et à la Restauration.