Центром революционного движения становится Екатеринбург в начале XX века. Подпольной деятельностью начинает заниматься Я.М. Свердлов с 1905 года. Люди под его руководством проводили митинги, опубликовывали прокламации.
В 1913 году в город приезжает А.Ф. Керенский, видный революционер. Во время своего приезда ему удалось собрать сходку революционеров.
Важными событиями этого времени являются открытие товарной биржи, строительство городского театра, съезд старообрядцев. Также началось возведение Уральского института.
В октябре 1917 года в городе установилась Советская власть. Через год в Екатеринбург привезли царскую семью, их разместили в доме Ипатьева. В июле 1918 года в город ворвались белогвардейские части и расстреляли членов императорской семьи. Через 10 дней Екатеринбург занимают чехословацкие корпуса Войцеховского. Целый год город контролировали белогвардейцы. В июле 1919 года Екатеринбург снова занимают красноармейцы.
Наряду с другими городами Екатеринбург внес значительный вклад в победу во второй мировой войне. Около ста тысяч местного населения ушли на фронт, с войны не вернулись 41772 солдата. Промышленный потенциал Екатеринбурга перевели в военный режим.