Okres Edo rozpoczął się, gdy Tokugawa Ieyasu został szogunem w 1603 r., a miasto rozwijało się szybko pod rządami jego następców. Budowa zamku Edo, w tym głównej wieży, została ostatecznie ukończona w 1637 roku. W 1657 r. wielki pożar Meireki zniszczył znaczną część dzielnicy czerwonych latarni Yoshiwara, Asakusę i zamek Edo. Zginęło 100 000 osób.
W 1701 roku, w pałacu szoguna, Asano Naganori wyciągnął miecz i przeciął Kira Yoshinaka, najwyższego rangą mistrza protokołu. Asano został natychmiast zmuszony do popełnienia seppuku. Pod koniec następnego roku jego 47 pozbawionych mistrza giermków pomściło śmierć swego pana, atakując i ścinając głowę Kirze w jego rezydencji w Ryogoku. Ta historia lojalności wkrótce stała się ponadczasowym klasykiem znanym jako Chushingura.
W epoce bakumatsu nastąpił wzrost aktywności politycznej. W 1860 r. Ii Naosuke, który popierał otwarcie Japonii na Zachód, został zamordowany przez antyzagranicznych samurajów. 1867 Ostatni szogun Japonii, Tokugawa Yoshinobu, oddał władzę cesarzowi w 1867 r. i uciekł z Edo w 1868 r. po klęsce militarnej poniesionej przez potężne siły prowincjonalne dążące do władzy w imieniu cesarza.
Po 263 latach szogunat został obalony pod hasłem przywrócenia rządów cesarskich. W 1869 roku 17-letni cesarz Meiji przeniósł się do Edo, które rok wcześniej zostało przemianowane na Tokio („Wschodnia Stolica”). Tokio było już politycznym, ekonomicznym i kulturalnym centrum kraju, a rezydencja cesarza uczyniła je de facto również stolicą cesarską, a dawny zamek Edo stał się Pałacem Cesarskim. Powstało miasto Tokio, które było stolicą aż do jego likwidacji jako gminy w 1943 r. i połączenia z „prefekturą metropolitalną” Tokio.
.