La sfârșitul secolului al XVI-lea, Alba Iulia a fost locul unde s-a petrecut unul dintre cele mai importante evenimente din istoria neamului românesc: la 1 noiembrie 1599, voievodul Mihai Viteazul (1593-1601) intra triumfător în Alba Iulia, realizând, sub ocârmuirea sa, prima unirea politică a celor trei țări române — Țara Românească, Moldova și Transilvania. Alba Iulia devenea, astfel, chiar dacă pentru scurtă vreme, cea dintâi capitală a țărilor române unite.
Prin Pacea de la Karlowitz, semnată la 26 ianuarie 1699, Transilvania a fost înglobată în Imperiul Habsburgic, iar între 1715-1738, împăratul Carol al VI-lea ridică la Alba Iulia, vechea capitală a principatului, o cetate bastionară în stil Vauban.
”Dealul Furcilor” (azi numit ”Câmpul lui Horea”) din Alba Iulia este locul în care, la 28 februarie 1785, au fost zdrobiți pe roată Horea și Cloșca, doi dintre cei trei conducători ai Răscoalei țărănești din 1784-1785 din Transilvania (Crișan s-a sinucis în închisoare, spânzurându-se cu nojițele de la opinci).
Revoluția română de la 1848-1849 din Transilvania este un alt moment din istoria națională care a marcat din plin Alba Iulia. Aici, la sfârșitul lui martie 1848, meseriașii și intelectualii au ținut o adunare de protest, prin care au marcat aderarea lor la primele cuceriri revoluționare, iar în 1849, garnizoana formată în mare parte din ostași români, se aliază luptei revoluționare din Munții Apuseni, condusă de Avram Iancu. În 1852, cel care a fost supranumit ”Craiul Munților”, Avram Iancu, a fost arestat (la Câmpeni), închis și maltratat la Alba Iulia.
În 1869, este dată în exploatare calea ferată Alba Iulia-Arad, iar în 1895, este inaugurată linia ferată îngustă Alba Iulia-Zlatna, căi de comunicație importante ce au marcat dezvoltarea economică a orașului, care, potrivit site-ului Primăriei Alba Iulia, în perioada 1849-1867, avea un accentuat caracter agrar. În 1891, este creat Institutul de credit ”Iulia”, iar între anii 1894-1895 în oraș s-a introdus curentul electric.
Ziua de 18 noiembrie/1 decembrie 1918, este o altă dată deosebit de importantă în istoria țării și a orașului, când peste 100.000 de români din toate părțile Transilvaniei, Crișanei, Banatului și Maramureșului au venit la Alba Iulia, unde s-a ținut Marea Adunarea Națională ce a proclamat unirea Transilvaniei cu România. Tot la Alba Iulia, în ziua de 15 octombrie 1922, are loc ceremonia de încoronare a regelui Ferdinand I și a reginei Maria, ca suverani ai României Mari.
În septembrie 1940, locuitorii orașului au luat parte la o amplă manifestație de protest împotriva Dictatului de la Viena, din 30 august 1940, prin care Germania nazistă și Italia fascistă cedau partea de NV a Transilvaniei Ungariei horthyste.
Ca urmare a reformei administrative din 1950, orașul Alba Iulia a devenit reședința raionului Alba Iulia, din cadrul regiunii Hunedoara. Ulterior, prin noua reformă administrativ-teritorială din 1968, se constituie județul Alba, cu reședința la Alba Iulia.
Pentru Alba Iulia a urmat un proces de industrializare susținut, aici fiind construite și puse în funcțiune importante unități economice, printre care: Întreprinderea de produse refractare — intrată în producție în anul 1965, Întreprinderea de porțelan-menaj — 1970 (astăzi Apulum — cel mai mare producător de porțelan din România), Întreprinderea mecanică; Întreprinderea de Industrializare a Laptelui — 1971 (în prezent Albalact).