Первой на месте нынешней площади была в 1765 году возведена деревянная Знаменская церковь. В 1794-1804 годах она 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 – необходимо было оформить пространство перед ним, чтобы оно было приветливым по отношению к приезжающим. Это было сделано архитектором 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 (сейчас – гостиница Октябрьская).

В мае 1909 году в центре площади был установлен конный памятник императору Александру III (скульптор П. П. Трубецкой, 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».

Про этот памятник ходил стишок-загадка:
Стоит комод,
На комоде бегемот,
На бегемоте обормот,
На обормоте шапка,
На шапке крест,
Кто угадает,
Того под арест.

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 в 1955 года. Станция, как и площадь, носила название «Площадь Восстания» (архитекторы Б. Н. Журавлёв, И. И. Фомин, 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 (архитекторы В. С. Лукьянов, А. И. Алымов).  Впервые после Александровской колонны Монферана обелиск был возведен как монолитный блок (вес 360 тонн). Его венчает Золотая звезда Героя Советского союза, присвоенная Ленинграду в 1945 году.