בשנת 1517 הביסו צבאות העות'מאנים מטורקיה את צבא הממלוכים וכבשו את ארץ ישראל.
השלטון העות'מאני נמשך ארבע מאות שנה. אפשר לחלק אותן לשלוש תקופות.

ימי פריחה ושגשוג – ימי סולימן המפואר
בתחילת שנות הכיבוש העות'מאני הייתה ירושלים עיר שולית ומוזנחת, אבל בארץ ישראל כולה השתפר המצב הכלכלי והביטחוני.
כמה שנים לאחר כיבוש העיר עלה לכס המלוכה סולימאן המפואר.
סולימאן שיקם את חומות העיר. אלה הן החומות המקיפות את העיר העתיקה של ירושלים גם עכשיו. בימי סולימאן נבנו שערים מפוארים בחומות ושופצו מבנים על הר הבית. בתוך העיר שופצו השווקים, ואמת המים העתיקה הוחזרה לשימוש.
בעקבות השגשוג, החידושים ושיפור פני העיר גדלה אוכלוסייתה ואתה גם הקהילה היהודית.

ימי הזנחה
לאחר מותו של סולימן השתרר בעיר קיפאון תרבותי וכלכלי. ירושלים שוב הייתה לעיר קטנה חסרת כל חשיבות מדינית. השליטים העות'מנים היו אדישים לנעשה בארץ ישראל, והמושלים המקומיים היו מושחתים.
בגלל הניהול הלקוי היו הדרכים לעיר הרוסות, מערכות המים לא תפקדו, והכול היה מלוכלך ומזוהם.
רבים מתושבי העיר לא עמדו בנטל המסים הכבד ונטשו את ירושלים.
למרות המסים הכבדים וגזרות נגד היהודים (תלבושות מיוחדות, הגבלות על בניית בתי כנסיות) נשארה קהילה יהודית בעיר ובמשך השנים היא אף גדלה. בקהילה היהודית היו בעיקר יהודים מספרד שהגיעו ארצה לאחר גירוש ספרד.
במאה ה-18 באה לירושלים קבוצה של יהודים אשכנזים מארצות אירופה ובראשם ר' יהודה החסיד. מעמדם של יהודים אלה היה נמוך ממעמדם של היהודים הספרדים הוותיקים בירושלים. בשנת 1721 גורשו האשכנזים מהעיר בגלל חובות כספיים לשלטונות. במשך שנים רדפו המוסלמים את כל הקהילה היהודית בגלל חובותיהם של החסידים לשלטונות.

ההשפעה האירופית
במאה ה-19 החלה האימפריה העות'מנית להיחלש בהדרגה, ובירושלים חלו שינויים מרחיקי לכת.
בשנת 1831 כבש מוחמד עלי, שליט מצריים, את ארץ ישראל. שלטונו נמשך רק עשר שנים, אך בימיו זכתה ירושלים למעמד מיוחד והתירו לבני המיעוטים – היהודים והנוצרים - לבנות ולשפץ את בתי הכנסת ואת הכנסיות.
בשנת 1840 חזרו העות'מנים לשלוט בארץ ישראל. הסולטן הטורקי חתם על צו שהקנה זכויות שוות לתושבים הלא-מוסלמים של העיר. החוק הטורקי החדש קבע, שנתינים של מדינות זרות (למשל יהודים שבאו מאנגליה או מצרפת) יישארו כפופים לשלטון של מדינות מוצאם אף על פי שהם חיו בירושלים. וכך היו יהודים מכל מיני ארצות חופשיים מהטרדות השלטון העות'מני. וזכו להגנה מהקונסולים, הנציגיים של מדינותיהם, והיו פטורים מתשלום מסים לשלטונות. ההקלות האלה הביאו להגדלת האוכלוסייה היהודית-אשכנזית בעיר. עד אז היו האשכנזים מיעוט בין יהודי העיר. במאה ה-19 כבר היה לאשכנזים רוב בין יהודי ירושלים.
השפעתם של האירופים הנוצרים בעיר גברה. מדינות כגון אנגליה, צרפת, איטליה וגרמניה רכשו אדמות ברחבי ירושלים ובסביבותיה ובנו כנסיות, בתי חולים, בתי דואר ואכסניות לצליינים (עולי רגל נוצרים). האירופים הביאו אתם חידושים ומנהגים רבים שלא הכירו אותם בעיר קודם לכן: דואר מודרני, תאורת רחוב, דיליג'נסים (מין אוטובוסים) וכרכרות, עששיות,נפט ועוד. באמצע המאה נסלל כביש מיפו לירושלים, ובסוף המאה נבנתה גם מסילת רכבת.
השינויים העצומים אפשרו ליהודים לקנות בפעם הראשונה קרקעות מחוץ לחומות ירושלים, והחלה 'היציאה מהחומות'. השכונה היהודית הראשונה שהוקמה מחוץ לחומות הייתה 'משכנות שאננים', ואחריה הוקמו שכונות יהודיות, נוצריות ומוסלמיות נוספות.

בערך בשנת 1840 היה מהפך באוכלוסיית העיר. בפעם הראשונה מאז שליהודים היה שלטון עצמאי בירושלים – ימי החשמונאים - הם שבו והיו לרוב בעיר.
בתחילת המאה ה-20 הייתה האימפריה העות'מנית בסוף ימיה. מלחמת העולם הראשונה הביאה ימים קשים על העיר. אזרחים זרים הוגלו ממנה ותושביה סבלו מעוני, מרעב וממחלות.
ואז באו הבריטים...