Пётр I задумывал город по образцу Венеции и Амстердама: вместо улиц, мощёных камнем,
Санкт-Петербург должна была покрыть сеть каналов, по которым жители перебирались бы на лёгких судах. Хотя мечте Петра не суждено было сбыться, именно зарубежный опыт лёг в основу дальнейшей застройки. Автором первого генерального плана был французский архитектор Жан-Батист Леблон: прямые перпендикулярные улицы, широкие проспекты стали характерной чертой новой столицы. Такая планировка видна на примере Васильевского острова и «трезубца»: Адмиралтейство — Невский проспект, Гороховая улица, Вознесенский проспект. Все здания в Санкт-Петербурге по указу Петра должны были строиться из камня (одновременно с этим во всех иных городах России было запрещено использовать камень в качестве основного строительного материала).
Величественный облик Санкт-Петербурга определяют архитектурные ансамбли, строгие прямые улицы, просторные площади, сады и парки, реки и многочисленные каналы, набережные, мосты, узорчатые ограды, монументальные и декоративные скульптуры. Архитектурные ансамбли XVIII — XX веков: Петропавловская крепость, Александро-Невская лавра, Смольный институт, Дворцовая площадь с Зимним дворцом, Адмиралтейство, Невский проспект, стрелка Васильевского острова со зданием Биржи, Сенатская площадь с памятником Петру I (открыт в 1782), улица Зодчего Росси и площадь Островского, площадь Искусств, Исаакиевская площадь и, сформированная во второй половине XX века, площадь Восстания. Одна из достопримечательностей Петербурга — фонтаны. Наиболее знаменитый из них — фонтанный комплекс Петергофа.
В пределах города течет около 100 рек, речек, ручьёв и проток, свыше 20 каналов. Общая протяжённость рек и каналов около 300 км, а водная поверхность достигает 1/10 площади города. 83 кв.км занимает дельта Невы, её протяжённость в пределах Санкт-Петербурга — 32 км. Наиболее известные рукава и протоки Невы — Большая и Малая Нева, Большая, Средняя и Малая Невка, Фонтанка, Карповка, Мойка, Пряжка, притоки Невы — Охта, Оккервиль, каналы — Обводный, Грибоедова, Крюков. Также в черте города находится 112 водоёмов (озёр, прудов, искусственных водоёмов).
Через водные объекты города перекинуто около 800 мостов (не считая мостов на территориях промышленных предприятий), в том числе 218 пешеходных. Собственно городских мостов 342, остальные в пригородах (Кронштадт — 5, Пушкин — 54, Петергоф — 51, Павловск — 16, Ломоносов — 7); из них 22 моста разводные. Самый длинный мост — Большой Обуховский (вантовый) мост через Неву (полная длина мостового перехода — 2824 метров), самый широкий мост — Синий мост на реке Мойке (99,5 м).
В отличие от других рек, Неве не присущи весенние разливы: Ладожское озеро является естественным регулятором равномерного стока воды. Значительная часть территории Санкт-Петербурга (острова дельты Невы, широкая полоса между Финским заливом и линией Балтийской железной дороги, левобережье до Фонтанки и др.) расположена на высотах, не превышающих 1,2—3 м над уровнем моря. Эти районы города подвержены опасности наводнений, связанных главным образом с ветровым нагоном вод в восточной части Финского залива.
Катастрофический характер наводнения носили 7 (19) ноября 1824 (подъём уровня вод выше ординара на 4,21 м) и 23 сентября 1924 (3,69 м). В момент наводнения 1924 года было затоплено около 70 км? территории города. За трёхсотлетнюю историю Петербурга было зарегистрировано по разным источникам около 300 наводнений.