Петропавловский собор Санкт-Петербурга возводился в 1721–1733 годы, но погребения в нем производились еще раньше. В северном приделе нынешнего собора у дверей, ведущих в великокняжескую усыпальницу, помещены бронзовые доски над предполагаемым местом захоронения сына и четырех малолетних дочерей Петра I и Екатерины. В январе 1716 года у входа в собор, на месте будущего придела Святой Екатерины, было предано земле тело царицы Марфы Матвеевны — вдовы царя Федора Алексеевича, единокровного брата Петра.

 Потом под недостроенной колокольней появилась третья усыпальница, где была похоронена принцесса Брауншвейгская-Люксембургская Шарлотта — супруга несчастного царевича Алексея, скончавшаяся вскоре после родов сына — будущего императора Петра II. В последние дни июня 1718 года, в присутствии Петра I, рядом было предано земле и тело ее замученного мужа. Позднее в Петропавловском соборе упокоилась и Мария Алексеевна — сестра Петра I.
Но ранг императорской усыпальницы Петропавловский собор обрел только после смерти Петра I, скончавшегося рано утром 28 января 1725 года от тяжелой болезни, обострившейся после простуды, полученной им осенью 1724 года. 

Специальная траурная комиссия во главе с графом Я.В. Брюсом составляла программу траурной церемонии, в которой предусматривались и украшение траурного зала в старом Зимнем дворце, и шествие к Петропавловской крепости, и само погребение. 13 февраля 1725 года набальзамированное тело императора было выставлено в траурном зале: Петр лежал в фобу, одетый в парчовый зеленый камзол, украшенный брабантскими кружевами, в сапогах со шпорами, со шпагой и орденом Андрея Первозванного. 

Сорок дней страна прощалась с Петром Великим, а между тем в начале марта умерла младшая его дочь — Наталья Петровна, и ее гроб был поставлен рядом.
За два дня до погребения специальным указом „торговые лавки, вольные дома и кабаки" были закрыты, „чтобы не было никакого шуму и ссор". От дворца до Петропавловской крепости вся дорога была посыпана песком и устлана еловым лапником. По живому коридору, образованному 1200 гренадерами, под звон церковных колоколов и пушечную пальбу гробы с телами императора и его дочери перенесли по льду Невы из старого Зимнего дворца в Петропавловский собор. Впереди процессии шествовали 25 гвардейских унтер-офицеров с алебардами, обвязанными черной материей; за ними следовали гоф-курьеры, музыканты с литаврами и трубами, придворные кавалеры, иностранные купцы, представители остзейских городов и дворянства и т. д. Далее несли штандарты Адмиралтейства, русское знамя с государственным гербом и собственное знамя Петра I; затем следовала личная лошадь императора, а за ней два рыцаря — черный и золотой; несли гербы царств, входивших в Российскую империю… Следом шло духовенство — в том же порядке, как и на выносе царей в Москве.
Петропавловский собор тогда еще не был достроен, поэтому в нем наскоро возвели временную деревянную часовню, стены которой покрыли черным сукном.48Гробы установили на возвышении под балдахином, участники траурной церемонии разместились частично в часовне и в недостроенном соборе, полки гвардии выстроились на крепостной стене. После отпевания тело Петра I посыпали землей, гроб закрыли и накрыли его императорской мантией. Шесть лет он оставался во временной часовне посреди строящегося собора, окруженный гербами и знаменами.
Постоянную усыпальницу Петру I соорудили только в 1731 году, а еще через два года Петропавловский собор был освящен. Гроб с телом императора предали земле у его южной стены, и с этого времени собор становится усыпальницей членов русской императорской фамилии. Здесь похоронены почти все русские императоры и императрицы, кроме Петра II, умершего в Москве в 1730 году и погребенного в Архангельском соборе, и императора Иоанна VI, свергнутого с престола младенцем и убитого в Шлиссельбургской крепости.
Петр I покоится в двойном гробу: внешнем — дубовом и внутреннем — металлическом, запаянном. Рядом с императором погребены его ближайшие родственники и преемники, в том числе и императрица Екатерина I.
Над гробницей Анны Иоанновны до революции находились две иконы — Иерусалимской Божьей Матери и Святой Анны Пророчицы — в золотых окладах, с жемчугами и драгоценными камнями. Неподалеку от Анны Иоанновны похоронены две дочери Петра I и Екатерины I — старшая Анна и младшая — императрица Елизавета Петровна.
Петра III первоначально погребли в Александре-Невской лавре, а по восшествии на престол Павла I останки убитого монарха торжественно перенесли в Петропавловский собор. Это произошло 5 декабря 1796 года одновременно с погребением императрицы Екатерины II, причем корону перед гробом императора нес Алексей Орлов — один из его убийц. На надгробии самого Павла I была укреплена бриллиантовая корона Мальтийского ордена, которая после 1917 года пропала. Кроме гробницы в Петропавловском соборе, в глубине парка существует еще мемориальный мавзолей Павла I, возведенный в 1805–1808 годах. 

Сооружение это, выполненное по проектам И.П. Мартоса и Тома де Томона с большим вкусом и изяществом, напоминает небольшой античный храм.
Порядок погребения лиц императорской фамилии регламентировался высочайше утвержденным церемониалом. В день погребения к Петропавловскому собору к заранее намеченному часу прибывали приглашенные лица со специальными билетами; для въезда в крепость кучерам полагалось иметь отдельный билет. Почетный караул оставался до закрытия могилы и заделывания свода гроба, после чего над могилой устанавливали сначала временную, а потом и постоянную гробницу. Императорские регалии (корона, скипетр и держава) отправлялись в Бриллиантовую комнату Зимнего дворца, личное оружие императоров — в Оружейную палату Кремля, ордена передавались на хранение в Арсенал, где находилась и погребальная колесница. Иностранные ордена государственный канцлер возвращал выдавшим их государствам.
Императора Александра I погребли в марте 1826 года — через несколько месяцев после его кончины в Таганроге. И хотя гроб с телом покойного императора несколько дней стоял в Казанском соборе для прощания, в придворных кругах и в народе ходило много слухов.
Император скончался неожиданно — во время поездки по югу России в ноябре 1825 года. До сих пор распространена версия, что тогда Александр I не умер, а ушел в монастырь. А в гроб положили солдата, умершего в госпитале и лицом похожего на императора. Через много лет в Сибири появился творивший чудеса старец монах Федор Кузьмич. Некоторые из современников считали его Александром I, этой версии придерживался и Л.Н. Толстой. Однако великий князь Николай Михайлович Романов, внук императора Николая I, тщательно изучив все обстоятельства смерти Александра I, пришел к выводу, что легенда о Федоре Кузьмиче не имеет под собой никаких исторических оснований.
Не менее таинственной была и кончина супруги императора — императрицы Елизаветы Алексеевны. По официальной версии, она умерла неожиданно, вскоре после кончины супруга, в Белеве Тульской губернии, когда возвращалась из Таганрога в Санкт-Петербург. По другим сведениям, в 1834 году в Тихвине появилась неизвестная странница Вера Александровна, которая выделялась светскими манерами, знанием придворной жизни и иностранных языков. Уже в самом ее имени многие видели намек на происшедшие события: Вера — уход от всего мирского к Богу, Александровна — в память о венценосном супруге своем. С 1840 года она была молчальницей в Новгородском Сырковом монастыре, где и скончалась в 1861 году. Сохранился портрет Веры Александровны в гробу, очень похожий на портрет императрицы Елизаветы Алексеевны. Легенда рассказывает…что смерти (или уходу из мира) императорской четы предшествовали странные события. Например, в октябре 1825 года, незадолго до кончины императора Александра I, в одну из ночей жители Таганрога видели над дворцом две звезды, которые три раза сходились и расходились. А потом одна звезда превратилась в голубя, который сел на другую звезду. Через некоторое время он исчез, а затем постепенно исчезла и вторая звезда.
Ходили слухи и о внезапной смерти императора Николая I, 30 лет железной рукой правившего Россией. Существовало даже мнение, что император отравился, не в силах пережить поражение в Крымской войне. Поражение, несомненно, приблизило смерть Николая I, но сама версия отравления в ученых кругах считается весьма сомнительной, хотя смерти этого императора предшествовал ряд таинственных и загадочных событий.
Великая княгиня Александра Иосифовна, невестка Николая I, рассказывала, что незадолго до кончины царя в его загородном доме в Гатчине ей и князю А.И. Барятинскому показался белый призрак. За несколько дней до смерти императора видение повторилось уже в Зимнем дворце, а в последние дни жизни императора большая черная птица, которая встречается только в Финляндии и считается там предвестницей зла, каждое утро прилетала и садилась на телеграфный аппарат, находившийся на башенке над комнатой, где позже умер Николай I. Часового посылали прогонять птицу, и тогда она улетела к шпицу Петропавловского собора и исчезла. Но через 26 лет такая же птица вновь появилась в Зимнем дворце, и через несколько дней от бомбы террористов погиб Александр П.
Празднование всех исторических событий, связанных с жизнью того или иного монарха, всегда сопровождалось возложением даров, которые устанавливались на их монументах. Вместе с реликвиями, хранившимися на надгробиях с момента погребения императоров, они составляли сокровищницу Петропавловского собора. Больше всего таких реликвий украшало гробницу Петра I, у его подножия императрица Екатерина II положила трофей Чесменского сражения 1770 года — флаг капитан-паши турецкого флота. Потом на надгробии Петра появилось несколько памятных медалей: золотые — к 100-летию основания Санкт-Петербурга и 200-летию со дня рождения первого русского императора, золотая и бронзовая — к 200-летию Полтавской битвы, серебряная — к 200-летию взятия Нарвы и др. На стене около надгробия в 1898 году был укреплен серебряный барельеф, изображавший памятник Петру I в Таганроге; рядом в золотом окладе висела икона с ликом апостола Петра, примечательная тем, что своими размерами соответствовала росту Петра I при рождении…
Первоначально надгробия над усыпальницами русских императоров представляли собой четырехугольные продолговатые плиты разных размеров (мраморные или из путиловско-го камня). Все они были накрыты парчовыми покрывалами.49В 1824 году журнал „Отечественные записки" сообщал, что во время путешествия по России мадам де Сталь захотела иметь сувенир с гробницы Петра I. Она попыталась отрезать кусочек парчового покрывала, однако церковный сторож заметил это. Мадам пришлось спешно покинуть собор, а успокаивать бдительного сторожа остался сопровождавший ее Вихман.
В 1865 году, во время крупной реконструкции собора, были установлены новые надгробия, проект которых выполнили архитекторы А.А. Пуаро и А.Л. Гун. Саркофаги сделали из белого каррарского мрамора с большими бронзовыми крестами на верхней грани. По углам императорских надгробий располагались бронзовые императорские орлы, в головах саркофагов крепились бронзовые доски с обозначением имени погребенного, его титула, места и даты смерти, а также даты погребения.
В 1906 году над могилами императора Александра II и его супруги — императрицы Марии Федоровны — были установлены новые надгробия. Их изготовили из полудрагоценных камней на Петергофской гранильной фабрике по проекту архитектора А.Л. Гуна. Надгробие императора было сделано из зеленой волнистой яшмы, императрицы — из розового с жилками орлеца.
В 1896–1908 годах рядом с Петропавловским собором по проекту архитектора Д. Грима и при участии архитекторов А. Томишко и Л. Бенуа была сооружена великокняжеская усыпальница на 60 гробниц. Она пристраивалась к собору с северо-восточной стороны и соединялась с ним крытой галереей.
После Октябрьской революции судьба Петропавловского собора складывалась трагично. В 1919 году его закрыли, а в самой крепости разместился отряд Красной армии. В конце 1918 — начале 1919 года у Васильевской куртины происходили массовые расстрелы заложников. Вероятно, здесь среди других были убиты и великие князья Павел Александрович, Дмитрий Константинович, Георгий и Николай Михайловичи. По предположению М.Д. Печерского и С.С. Белова, в 1919–1921 годах были разрушены гробницы в великокняжеской усыпальнице, а царские захоронения вскоре вскрыли чекисты, искавшие в них сокровища.50Врачи настолько искусно забальзамировали тело императора, что он лежал как живой, простершись во весь свой огромный рост. Правая рука его покоилась на эфесе шпаги, одет император был в зеленый мундир полковника Преображенского полка. Очевидец вскрытия впоследствии вспоминал, что у Петра было гордое лицо, обрамленное темными кудрями. При снятии крышки гроба руки императора неожиданно задвигались, и это было такое грозное зрелище, что комиссары в кожаных куртках кинулись к выходу, давя друг друга и роняя факелы.51
В конце мая 1992 года в усыпальнице Петропавловского собора был погребен великий князь Владимир Кириллович — правнук императора Александра II. Он умер в Париже, но завещал похоронить себя в России. В связи с этим начато восстановление всех надгробных плит великокняжеской усыпальницы.