Com a abdicação, em 1831, d. Pedro I retorna para Portugal e seu filho, d. Pedro II, herda as terras. Com orientação de Paulo Barbosa, mordomo da Casa Imperial, o Imperador assina um decreto em 1843 e arrenda a fazenda ao Major Julio Frederico Koeler, para realizar o sonho de aí estabelecer uma povoação e construir o Palácio de Verão, hoje Museu Imperial. Koeler elabora um plano urbanístico com visão arrojada e ecológica, prevendo a construção das casas de frente para os rios e com afastamento, buscando preservar a natureza.
Durante a longa temporada de verão, que durava cerca de seis meses, d. Pedro II transferia para Petrópolis a sede de seu governo, o que atraía a nobreza, diplomatas, intelectuais e empresários, que aí também construíram seus palacetes.
Hoje, ao passear pelo Centro Histórico, pode-se apreciar o rico conjunto arquitetônico preservado em estilo eclético do século XIX, que emoldura as avenidas arborizadas e floridas, entrecortadas pelos rios. Os presidentes da República também escolheram Petrópolis para desfrutar da tranquilidade e clima ameno em seus verões, transformando o Palácio Rio Negro em residência oficial.
Ao longo dos anos, o hábito de frequentar a região nas férias e em períodos de lazer transformou Petrópolis em uma das principais cidades turísticas do país, o que levou o Ministério do Turismo a credenciá-la como um dos 65 Destinos Indutores do Desenvolvimento Turístico Regional do país.
Os imigrantes italianos, franceses, ingleses, sírios e libaneses, entre outros, em busca de realizar seus sonhos de vida, juntaram-se aos portugueses e alemães na construção de uma cidade cosmopolita e empreendedora, rica em cultura, história e gastronomia.
Na atualidade, o desenvolvimento socioeconômico de Petrópolis baseia-se principalmente nos setores do Turismo, Moda, Alta Tecnologia, Metal-mecânico, Serviços e Comércio. Destaca-se o crescimento do município como cidade universitária, contando com instituições de ensino superior particulares e públicas, que oferece uma gama diversificada de cursos de graduação, mestrado e pós-graduação, além de atividades de extensão e pesquisa.
O Laboratório Nacional de Computação Científica – LNCC e a Fundação Oswaldo Cruz mantêm unidades em Petrópolis, demonstrando assim a importância estratégica do município na área de pesquisas. Petrópolis conta hoje com o Supercomputador Santos Dumont, de origem francesa e instalado no LNCC - o maior da América Latina e possibilita grandes avanços em pesquisa, com capacidade para realizar um quatrilhão de operações por segundo.