Первой постройкой, возведённой на месте нынешней площади в 1765 году, стала деревянная Знаменская церковь. В 1794–1804 годах она была перестроена в камне по проекту Ф. И. Демерцова. Именно по этой церкви площадь, образованная в 1840-х годах, была названа Знаменской.

Причиной создания площади стало строительство Николаевского (ныне Московского) железнодорожного вокзала — пространство перед зданием было необходимо оформить в располагающей, гостеприимной манере, комфортной для приезжающих. Градостроительный замысел удалось воплотить архитектору Н. Е. Ефимовым. Здание Московского вокзала было построено в 1844–1851 годах архитектором К. А. Тоном. Напротив вокзала в 1845–1857 годах архитектор А. П. Гемилиан построил первое здание Знаменской гостиницы, ныне известной как «Октябрьская».

В мае 1909 года в центре площади был установлен конный памятник императору Александру III. Над монументом работали скульптор П. П. Трубецкой и архитектор Ф. О. Шехтель. В 1922 году на гранитном постаменте была высечена надпись со стихами популярного в то время поэта Демьяна Бедного: «Торчу здесь пугалом чугунным для страны».

В октябре 1937 года памятник был перевезен в Русский музей, а в 1994 году — установлен во дворе Мраморного дворца.

В феврале 1918 года на площади проходили многочисленные сходки и митинги революционных масс. Поэтому 17 ноября 1918 года площадь была переименована в «Площадь Восстания».

В 1941 году церковь была уничтожена, так как на этом месте предполагался наземный вестибюль станции Ленинградского метрополитена. Но из-за Великой Отечественной войны он был открыт только к 1955 году. Станция, как и площадь, носила название «Площадь Восстания». Над проектом работали архитекторы Б. Н. Журавлёв, И. И. Фомин и В. В. Ганкевич.

В годы Великой Отечественной войны на площади были расположены долговременные огневые укрепления, Московский вокзал продолжал свою работу, отсюда на передовую уезжала боевая техника, созданная на ленинградских предприятиях.

По указу Президиума Верховного Совета СССР во всех городах-героях страны должны были быть установлены обелиски со звездами героя. В Ленинграде такой обелиск был установлен в 1985 году, через 20 лет после публикации указа, в центре площади Восстания. Авторами проекта стали архитекторы В. С. Лукьянов, А. И. Алымов. Впервые после Александровской колонны Монферрана монумент был возведен как монолитный блок, его вес составил 360 тонн. Венчает обелиск Золотая звезда Героя Советского союза, присвоенная Ленинграду в 1945 году.