Fundada em 16/03/1843, por iniciativa de D. Pedro II é frequentemente chamada de Cidade Imperial.
Sua História inicia-se pelo período colonial quando algumas missões foram realizadas para criar um caminho novo para ter acesso as Minas Gerais em pleno ciclo do ouro. O caminho velho para as Minas Gerais partia de São Paulo e transportava as pedras preciosas e o ouro pelo mar até o porto do Rio de Janeiro. A fim de reduzir os ataques de piratas em alto mar, foi determinado pela corte portuguesa a criação de um caminho novo por “terra firme” e mais próximo do porto do Rio de Janeiro. Assim sendo, o Sargento Bernardo Proença prontificou-se a executar o atalho para as Minas Gerais pelo vale do rio Piabanha a partir do porto da estrela no fundo da Baía de Guanabara. Este atalho ficou conhecido como o caminho da Serra da Estrela devido ao planeta Vênus, brilhante astro vespertino que desponta na região serrana logo que o sol se põe e que era importante marco na orientação noturna no percurso marítimo entre o Rio de Janeiro e o porto da Estrela. Este caminho novo para as Minas gerais é conhecido hoje como Estrada Real.
A partir do desbravamento dessa Serra atingiu-se seu cume onde hoje está instalado o bairro do Alto da Serra. No caminho novo, a comitiva imperial através de D. Pedro I, hospedou-se na fazenda do Padre Correia e ficou encantado com a região e logo adquiriu terras próximas e as denominou de Imperial Fazenda da Concórdia. Hoje, a propriedade corresponde ao 1° Distrito de Petrópolis.
Em 1843, após a morte de D. Pedro I, seu filho Pedro II assinou um decreto pelo qual determinava o assentamento de uma povoação e a construção de um palácio de verão, hoje Museu imperial, que ficou pronto em 1847. Tal povoação se deu basicamente por colonos alemães e seu centro histórico foi planejado pelo major Julio Frederico Koeler, que desenhou a primeira cidade projetada do Brasil. O pitoresco do projeto de Koeler foi batizar os quarteirões com os nomes de cidades alemães, assim surgiu os bairros da Mosel ( Mosela ), Kastelaum ( Castelânea ), Bingen, Ingelheim entre outros.
No período republicano, foi capital do estado do Rio de Janeiro em substituição a Niterói. Em 1903 foi assinado, na cidade, o Tratado de Petrópolis, que incorporou o Acre ao Brasil.O sanitarista Oswaldo cruz foi nomeado prefeito em 1916 e em 1923, o político Ruy Barbosa faleceu na cidade.. A importância política da cidade perdurou por anos e praticamente todos os Presidentes da República passaram alguns meses na Cidade Imperial.
A cidade possui um conjunto arquitetônico sem igual, do qual o símbolo mais conhecido é o Museu Imperial, além da Encantada (casa de verão de Santos Dumont), o Palácio de Cristal e do Palácio Rio Negro onde ficavam hospedados os Presidentes da República.
Atualmente a cidade passou a ter uma vocação acadêmica, sediando algumas faculdades como a Universidade Católica de Petrópolis e Faculdade de Medicina de Petrópolis e a FASE, além do Instituto do Milênio para pesquisa de células tronco.
