La période Edo commence lorsque Tokugawa Ieyasu devient shogun en 1603, et la ville se développe rapidement sous ses successeurs. La construction du château d’Edo, y compris la tour principale, est finalement achevée en 1637. En 1657, le grand incendie de Meireki détruit une grande partie du quartier chaud de Yoshiwara, Asakusa et le château d’Edo. 100 000 personnes sont mortes.
En 1701, dans le palais du shogun, Asano Naganori dégaine son sabre et coupe Kira Yoshinaka, le maître du protocole le plus haut placé. Asano a été immédiatement contraint de se faire seppuku. À la fin de l’année suivante, ses 47 serviteurs sans maître ont vengé la mort de leur maître en attaquant et décapitant Kira dans sa résidence de Ryogoku. Cette histoire de loyauté est rapidement devenue un classique intemporel connu sous le nom de Chushingura.
L’ère bakumatsu a vu une augmentation de l’activité politique. En 1860, Ii Naosuke, favorable à l’ouverture du Japon à l’Occident, est assassiné par des samouraïs rebelles anti-étrangers. 1867 Le dernier shogun du Japon, Tokugawa Yoshinobu, cède le pouvoir à l’empereur en 1867 et s’enfuit d’Edo en 1868 après une défaite militaire face à de puissantes puissances provinciales qui cherchent à obtenir le pouvoir au nom de l’empereur.
Après 263 ans, le shogunat est renversé sous la bannière de la restauration du pouvoir impérial. En 1869, la figure de proue, l’empereur Meiji, âgé de 17 ans, s’installe à Edo, qui a été rebaptisée « Tokyo » (« capitale orientale ») l’année précédente. Tokyo était déjà le centre politique, économique et culturel de la nation, et la résidence de l’empereur en a fait une capitale impériale de facto, l’ancien château d’Edo devenant le palais impérial. La ville de Tokyo a été établie, et a continué à être la capitale jusqu’à ce qu’elle soit abolie en tant que municipalité en 1943 et fusionnée avec la « préfecture métropolitaine » de Tokyo.