בשנת 1516 נכבשה הארץ על ידי המעצמה הטורקית העות'מאנית. במהלך המאה ה-16 הצרו העות'מאנים את צעדי היהודים בירושלים, דבר שאפשר את תור הזהב של צפת. בימי סולימאן המחוקק ביצרו העות'מאנים את ירושלים וצפת, בנו ח'אנים ומבצרים ועוד.
עם זאת, כבר בסוף המאה ה-16 ניכרו הסימנים הראשונים של תהליכי השקיעה שפקדו את האימפריה ואת הארץ כולה, עד לראשית המאה ה-19. בתקופה זו, הודות למעורבות המעצמות ולמודרניזציה ההולכת וגוברת (אניות קיטור, טלגרף, הרכבת), הפכה הארץ מחצר אחורית מוזנחת של האימפריה לאבן שואבת לצליינים לחוקרים ולתיירים.

במאה ה-19 החל מחקרה המדעי של הארץ, ובסופה נבנו לראשונה שכונות מחוץ לחומות הערים והחלו העליות הציוניות לארץ ישראל. מעמדה של ירושלים התחזק והיישוב בה גדל. בשנת 1839 היו היהודים רוב בירושלים, ובשנת 1870 הייתה הקהילה היהודית גדולה יותר מכל הקהילות האחרות גם יחד (11 אלף איש מתוך 22 אלף תושבים). בראשית המאה ה-20 נרכשו אדמות רבות בעיר דוד על ידי הברון רוטשילד, ואלה עברו מאוחר יותר לבעלות מדינת ישראל.

התקופה הבריטית הביאה בכנפיה תמורות עמוקות בתולדות הארץ בכלל ובתולדות ירושלים בפרט. חשמל, מים זורמים סלילת דרכים ובניינים מודרניים שינו את מראיה של העיר. תכניות אב שהכינו הבריטים לעיר תרמו לשימור מרקם הבנייה של החומה, העיר העתיקה וסביבתן, ותקנות עזר עירוניות קבעו כי בתי העיר ייבנו או יצופו אבן כדי לשמור על אופייה של ירושלים. מוסדות השלטון השונים ישבו בירושלים, שטח העיר גדל פי ארבעה ואוכלוסייתה גדלה פי שלושה.

בכ"ט בנובמבר 1947 חולקה הארץ בין יהודים לערבים על פי החלטת האו"ם. הערבים, שסירבו לקבל את ההחלטה, פתחו במלחמה. ערב מלחמת העצמאות חיו בירושלים כמאה אלף יהודים מתוך כ-600 אלף יהודים בכל הארץ. במהלך המצור שהטילו הערבים על העיר נעשו מאמצים אדירים למנוע את נפילתה, מתוך הבנת מעמדה המיוחד וחשיבותה ליכולת העמידה של היישוב כולו.