19世紀中葉，淡水河流域的物產貿易（特別是茶葉）興起，先是艋舺（今萬華）成為重要貿易據點，然後是大稻埕（今大同）後來居上，臺灣經濟重心逐漸北移。此後官方決定在艋舺與大稻埕間的田野地，興建臺北府城作為行政中心。1884年，臺北府城城牆及5個城門正式落成。1885年臺灣建省，劉銘傳擔任臺灣省首任巡撫，開始建設大稻埕至基隆與新竹的鐵路，加強郵電、道路等基礎建設，並將臺灣巡撫衙門及布政使司衙門設置於城內（現址為中山堂），臺北市的雛形至此已初步建立。1894年，繼任巡撫邵友濂正式將省會由橋孜圖（今臺中市）移至臺北，從此逐漸成為臺灣的政治中心。1920年實施市製，與同時成立的臺南及臺中為臺灣最早3個市。
1895年，臺灣被割讓給日本。日治初期，仍以原有的兩座衙門作為臺灣總督府，成為日本統理臺灣的政治中心，直到1919年臺灣總督府新廳舍（今總統府廳舍）落成為止。1900年起，日本人逐步拆除臺北府城城牆及西門，以原臺北城範圍內的區域（日人稱為「城內」）作為官方廳舍集中地，以及在臺日本人的商業活動地帶。並利用拆除後的城牆原址闢築4條3線道路，興建自來水及下水道係統，並分階段進行「市街改正」計畫，街道的建築風貌略為西化；另外也新設公園綠地及新建其他公共建築，臺北市逐漸具有現代都市的型態。日本於第二次世界大戰戰敗後，中華民國政府代表同盟國在當時的臺北公會堂（今中山堂）舉行受降儀式，日治時期劃下句點。
