При Александре II железнодорожная ветка от Санкт-Петербурга по Варшавской линии дошла до Гатчины, а чуть позже была построена и Балтийская ветка, что привело к ускоренной застройке города и появлению именитых дачников.
Для Александра III Гатчина стала постоянной и любимой резиденцией. Это отражается на благоустройстве города: здесь устраивается водопровод, канализация, электростанция.
В 1881 году были зажжены первые в городе 16 дуговых электрических фонарей со "свечами Яблочкова".
В июле 1882 года открылась первая в России междугородняя телефонная связь — ею были соединены Гатчинский дворец и Зимний дворец в Петербурге.
В 1881 году на Серебряном озере изобретатель С.К. Джевецкий представил на суд императора Александра III первую в мире подводную лодку с электрическими аккумуляторами. Государь остался доволен и приказал военному министру построить 50 таких лодок. В год 210-летия присвоения Гатчине статуса города построена точная копия подводной лодки Джевецкого, которая пополнила памятные реликвии города.
В 1891 году в Гатчине была испытана первая трехлинейная винтовка изобретателя С.И. Мосина.
В 1900 году в Гатчине состоялись испытания первой в России электрической монорельсовой подвесной дороги" для перевозки людей. Автором проекта был талантливый инженер И.В. Романов. От дворца до Балтийского вокзала бегал открытый вагончик на 20 пассажиров, подвешенный к направляющим рельсам. Испытания прошли успешно, и проект был рекомендован для экспозиции на Всемирной выставке в Париже.
Гатчина — колыбель русской авиации. Здесь в 1910 году впервые в России началась подготовка военных летчиков и технического персонала. На Гатчинском аэродроме совершил первый ночной полет с прожектором первый дипломированный русский летчик М.Н. Ефимов. Здесь приземлился дирижабль Нобеле. В Гатчине работал над созданием и испытанием самолетов собственной конструкции Я.М. Гаккель. В 1910 году на гатчинском аэродроме был совершен первый полет аэроплана русской конструкции.
В годы Великой Отечественной войны город вписал свои страницы в героический подвиг советского народа. Здесь в августе-сентябре 1941 года держал защиту Ленинграда Красногвардейский укрепрайон. В годы оккупации в городе работала подпольная организация. В парке "Сильвия" установлен памятник расстрелянным здесь 25-ти комсомольцам-подпольщикам.