1556 году в городе началось строительство нового, белокаменного Кремля, для чего в Казань была направлены каменщики из Пскова. К 1568 году были построены 13 каменных башен и значительная часть стен кремля. Ныне белокаменный Кремль является самым южным образцом псковского архитектурного стиля в России. Он включает в себя одну из самых высоких в Европе и немногочисленных в мире из числа «падающих» башню Сююмбике, Спасскую башню, Благовещенский собор – старейший православный храм в Среднем Поволжье и многие другие исторические объекты. У Кремля до настоящего времени сохранились административные функции – в нем находятся резиденция Президента Татарстана, его аппарат и канцелярия. В 1996–2005 годах на территории Кремля возведена мечеть Кул Шариф по приближенному подобию некогда бывшей там главной мечети ханства.
С 1556 года в Казань поселили несколько тысяч русских, которых по приказу Ивана Грозного переселяли из разных русских городов, а казанские татары были выселены за стену деревянного посада Казани, положив, таким образом, начало Старо-Татарской слободе.
В конце XVI – начале XVII-го века в Казани была основана одна из первых в России типографий. Город начинает экономически расти, появляются первые мануфактуры, закладываются слободы ремесленников и др.
С 1708 года Казань становится губернским городом. В 1714 году в Казани возникла суконная мануфактура, в 1718 – Адмиралтейство. С 60-годов XVIII века застройка города принимает упорядоченный характер. Через реки Булак и Казанка строятся деревянные мосты. К концу века в Казани проживало 22 тысячи человек, а с пригородными слободами – более 40 тысяч. Город стал образовательным и культурным центром Поволжья. В 1758 году в Казани открылась первая в России провинциальная гимназия, в 1771 – первые медресе. В конце XVIII века Казань становится большим самобытным, двуначальным городом: европейско-азиатским.
В XIX веке в Казани появляются крупные капиталистические предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, металлообрабатывающие предприятия, деревообрабатывающие, льнопрядильноткацкие, мыловаренные и др. В 1804 в Казани был основан университет. По уровню благоустройства и торговли Казань была одним из процветающих городов России.
Древний город располагался в среднем течении реки Казанки, где был построен кремль, с несохранившимся ханским дворцом, мавзолеями и мечетями. Нынешние стены и башни, сооруженные в XVI веке, реконструированы в XVII и XIX веках. В настоящее время на территории кремля находится Благовещенский собор, построенный в 1562 году зодчими П. Яковлевым, И. Ширяем, со стилистическими особенностями псковского и владимирского зодчества; дозорная башня Сююмбеки (высота 58 м; конец XVII – первая половина XVIII века; основание, возможно, XVI века); композиционно связанная с ней Дворцовая церковь (первая половина XVIII века); губернаторский дворец (середина XIX века, архитекторы К.А.Тон и В. Морган).