София е първия по големина град в България с население 1 307 376 души
„Златарската чаршия в София“, картина на Йозеф Обербауер от края на 19 век .
о време на Руско-турската война от 1877 – 1878 г. София е освободена от османско владичество на 4 януари 1878 г. (23 декември 1877 г. стар стил) от руски части под командването на генерал Йосиф Гурко. През февруари 1878 г., в разгара на военните действия, населението на града намалява почти наполовина и по данни на общината е 11 694 души, от които 6560 българи, 3538 евреи, 839 турци и 737 цигани.
На 20 октомври 1878 г. от Пловдив в София се премества седалището на Временното руско управление, а на 3 април (22 март стар стил) 1879 г. по предложение на Марин Дринов Учредителното събрание избира София за столица на Княжество България (4 април е обявен за празник на София). В резултат на това броят на жителите нараства по-бързо в сравнение с другите български градове, главно от вътрешната миграция.
Избирането на София за столица спомага за нейното бързо превръщане в голям и важен политически, административен, икономически, научен и културен център на страната. Градоустройствените промени започват с голям размах скоро след това събитие. Центърът на града започва да се измества от площада при Баня Баши джамия към площада около Съборната катедрала „Св. Крал“ (днешната църква „Света Неделя“) , където се пресичат четирите основни пътни артерии на града. Оформени са широки радиални булеварди, а малките криви сокаци са заменени от успоредни преки, които се пресичат под прав ъгъл. Представителният център на града се оформя около княжеския дворец (царския дворец) и Народното събрание, а районът става средище не само на политическия живот, но и на културни и обществени прояви. През 1907 г. в близост е открита сградата на Народния театър. В началото на XX в. булевард „Цар Освободител“ е застлан с прословутите „жълти плочки“, които свързват двореца с площада на Народното събрание и паметника на руския цар Александър II - Паметникът на Царя Освободител. По-нататък булевардът стига до започналия да се оформя в края на XIX в. нов „аристократический“ квартал на преподаватели, политици, юристи и офицери. В тази посока е и първото по-сериозно разширение на града – до коритото на Перловска река и Орлов мост.
Започва също концентрацията на капитали и развитието на промишлеността, изграждането на предприятия на електродобивната, металодобивната, пивоварната и дървопреработвателната промишленост. В повечето случаи това са все още малки фабрики и работилници. Към края на века на река Искър над Панчарево е построена първата водноелектрическа централа, която осигурява електроенергия за града. В 1893 г. е построена железопътната линия София-Перник, а след това и до Пловдив и Варна.
На Велики четвъртък, 16 април 1925 г., в София е извършен атентатът в църквата „Света Неделя“ от дейци на военното крило на БКП. Убити са 170 души и са ранени 500.
През 1938 г. е приет градоустройствен план, разработен от проф. Адолф Мусман (т.нар. план Мусман), който предвижда благоудтройството на града при нарастване на населението до 600 000 жители.
По време на Втората световна война, въпреки че България не участва в бойни действия, британските и американските въздушни сили извършват жестоки бомбардировки на София. Ударени са най-вече граждански обекти, като Народния театър (тежко засегнат), църквата от ХI век Свети Спас (силно разрушена в 1944 г.), Градската библиотека (напълно унищожена на 30.03.1944 г., изгарят 40 000 тома книги), католическата катедрала Свети Йосиф (напълно унищожена на 30.03.1944 г.), Духовната академия (тежко засегната, изгорен е куполът на храма, вграден в нея), взривени и опожарени са хиляди жилищни сгради, разрушен е градският център, убити са над 2000 души от софийското население и са разрушени 12 657 сгради.
София след Освобождението
Старата католическа катедрала „Св. Йосиф“, разрушена от англо-американските бомбардировки през 1944 г.
Булевард „Витоша“ в София, 1934г.
Софийският университет, 1935 г.
Катедралата „Св. Неделя“ след атентата през април 1925 г.
През 1945 г. е одобрен нов общ градоустройствен план на столицата, т.н. план „Нейков“ .
След референдум през 1946 г. България е провъзгласена за народна република и се установява комунистическа власт, като значително се променя обликът на столицата. Нейната численост започва да расте с бързи темпове, най-вече поради централизацията и колективизацията. Започва да се обръща по-голямо значение на тежката промишленост и индустриализацията, като продължава градоустройството и жилищното строителство. През 1958 г. е пуснат в експлоатация завод „Кремиковци“. Разширява се и се обновява пътната мрежа и градският транспорт. Все пак през 70-те години на 20 в. архитектите успяват да се преборят с плановете дотогава да се разчисти градският център за социалистическо строителство, като бъдат разрушени старите сгради (вж. Комплекс „Ларго“). Така от разрушение са спасени бившият царски дворец, Военният клуб, БАН и други сгради край Централни хали, Женския пазар, Лъвов мост, по ул. „Пиротска“ и ул. „Екзарх Йосиф I“.
През втората половина на 20 век към София са присъединени много от съседните села, които дотогава са самостоятелни – Биримирци и Обрадовци през 1955 г., Княжево през 1958 г., Бояна, Враждебна, Връбница, Горна баня, Драгалевци, Дървеница, Илиянци, Малашевци, Обеля, Орландовци, Симеоново и Слатина през 1961 г., Суходол, Требич и Филиповци през 1971 г., Ботунец, Горубляне, Кремиковци, Сеславци и Челопечене през 1978 г.
По време на комунистическия режим редица от най-емблематичните улици и площади в града са преименувани по идеологически причини, като след 1989 г. предишните имена са възстановени.
Архитектура и сгради, построени през периода 1945-1989
Комплекс „Ларго“
Площад „Света Неделя“
След падането на комунистическия строй има период на подем в частното строителство. Построени са нови модерни сгради, много от тях с участието на чужди инвеститори. През 2015 г. е завършена сградата на Капитал Форт, намираща се на входа на София откъм бул. „Цариградско шосе“, която става най-високата сграда в България, измествайки хотел „Родина“, построен четвърт век по-рано.
Модерни сгради в София