Крепость строили очень быстро, за строительством наблюдали лично Пётр I и его ближайшие помощники. Как военное укрепление она представляет собой неправильный шестиугольник, в углах которого расположены шесть бастионов.

Сначала укрепления были земляными, в 1706–1740 гг. заменены каменными, в 1779– 1786 гг. стены крепости со стороны Невы облицованы гранитными блоками. В восточной стене были сделаны в виде триумфальной арки парадные Петровские ворота, в западной стене — Васильевские, в северной — Никольские и Невские ворота. В начале XVIII в. в двенадцать часов дня со стен крепости производился сигнальный выстрел пушки. В 1957 г. эта традиция была восстановлена. 
В XVIII в. в крепости были построены дополнительные укрепления стен — Иоанновский и Алексеевский равелины. Со второй половины XVIII в. здесь находилась тюрьма для политических заключенных, и крепость приобрела мрачную славу «русской Бастилии». В 1796–1797 гг. в Алексеевском равелинепостроена каменная одноэтажная тюрьма на 20 одиночных камер — «Секретный дом», где были жесточайшие условия содержания арестантов. Здесь отбывали наказание декабристы, народники, Н.Г. Чернышевский, который в Алексеевском равелине написал роман «Что делать?». Тюрьма была упразднена в 1884 г. 
В 1712–1733 г. на месте деревянной церквиПетра и Павла, находившейся в крепости, был сооружен Петропавловский собор (архитектор Д. Трезини). Доминанта собора — высокая многоярусная колокольня с золотым шпилем и с флюгером в виде летящего ангела. Начиная с середины XVIII в. собор стал царской усыпальницей — местом захоронения русских императоров. В 1720-х гг. на колокольне собора были установлены часы с курантами, отбивающими каждую четверть часа. После Октябрьской революции 1917 г. собор был закрыт, в 1923– 1924 гг. в нем находился музей. С 1993 г. Петропавловская крепость получила статус историко-культурного заповедника и Государственного музея истории Санкт-Петербурга. В 1998 г. в Петропавловском соборе были захоронены останки последнего российского императора Николая II, его семьи и ближайшего окружения. 
Петропавловская крепость — один из символов Петербурга. Золотой шпиль Петропавловского собора — вертикаль, организующая архитектурный образ северной столицы.