La chute de l'Empire en 1814-1815 amène à Paris les armées anglaises et cosaques camper sur les Champs-Élysées. Louis XVIII, de retour d'exil, rentre dans Paris, s'y fait couronner et s'installe aux Tuileries.
Louis XVIII et Charles X, puis la monarchie de Juillet se préoccupent peu de l'urbanisme parisien. Le prolétariat ouvrier, en forte expansion, s'entasse misérablement dans les quartiers centraux qui, avec plus de 100 000 habitants au kilomètre carré, constituent d'importants foyers d'épidémie ; le choléra en 1832 fait 32 000 victimes. En 1848, 80 % des morts vont à la fosse commune et les deux tiers des Parisiens sont trop pauvres pour payer des impôts. La masse paupérisée du petit peuple, délaissée et excédée, est mûre pour des révoltes répétées que le pouvoir ne sent pas germer ou est sûr de vaincre : les barricades font tomber Charles X lors des Trois glorieuses puis Louis-Philippe en 1848. La société de l'époque est abondamment décrite par Balzac, Victor Hugo ou Eugène Sue.
Durant cette période, la ville accélère son rythme de croissance pour atteindre le mur des Fermiers généraux. Entre 1840 et 1844, la dernière enceinte de Paris, dite enceinte de Thiers, est construite sur l'emplacement actuel du boulevard périphérique. Au cœur de la ville, la rue Rambuteau est percée[c 8].
Avec l'avènement du Second Empire, Paris se transforme radicalement. De structure médiévale, aux constructions anciennes et insalubres, quasiment dépourvue de grands axes de circulation, elle devient en moins de vingt ans une ville moderne. Napoléon III a des idées précises sur l'urbanisme et le logement. Le Paris d'aujourd'hui est donc avant tout celui de Napoléon III et d'Haussmann.
L'avenue de l'Opéra vue par Pissarro depuis l'actuel Hôtel du LouvreArticles détaillés : Transformations de Paris sous le Second Empire et Annexions de 1860.Le 1er janvier 1860, une loi permet à Paris d'annexer plusieurs communes voisines[56]. La capitale française passe ainsi de douze à vingt arrondissements et de 3 438 à 7 802 hectares[note 4]. Après ces annexions, les limites administratives de la ville ne seront que peu modifiées et la croissance urbaine, qui continue toujours de la fin du XIXe siècle au XXe siècle, ne s'accompagnera donc plus d'une expansion des frontières communales, ce qui est à l'origine de la « banlieue »[c 9].
Lors de la Guerre franco-allemande de 1870, Paris est assiégée pendant plusieurs mois mais n'est pas prise par les armées prussiennes. À cette occasion, est inventée la poste aérienne, grâce aux ballons montés. Refusant l'armistice signé le 26 janvier 1871 et suite aux élections de février qui portent au pouvoir des royalistes désireux de mettre fin à la guerre, les Parisiens s'insurgent le 18 mars 1871. C'est le début de la Commune de Paris. L'Assemblée monarchiste installée provisoirement à Versailles, la réprime entre les 22 et 28 mai lors de la Semaine sanglante qui reste à ce jour la dernière guerre civile qu'ait connue Paris[c 10],[f 17].
Articles détaillés : Siège de Paris (1870), Chronologie du siège de Paris (1870) et Commune de Paris (1871