В состав Казанской губернии Пенза вошла в начале 18-ого века. Немногим позже она была объявлена административным центром Пензенской провинции, а уже в 1780 стала центром в Пензенском наместничестве, которое в 1796 году было преобразовано в губернию. Интенсивное экономическое развитие привело к тому, что Пенза во второй половине 18-ого века стала одним из крупнейших центров торговли.
Войско Емельяна Пугачева побывало в Пензе в августе 1774 года. В 1797 к Саратовской губернии Пенза присоединилась, став уездным городом, но спустя несколько лет вновь стала губернским центром. На территории Пензы к середине 19-ого века находилось 22 церкви, примерно 2 700 домов, и не менее 300 торговых лавок. Были также и крупные предприятия, такие как мебельная, спичечная и писчебумажная фабрики. Благодаря появлению железнодорожного сообщения развитие промышленности Пензы значительно ускорилось, а в 1874 по городу была проложена Сызранско- Вяземская железная дорога. В 1895 было налажено железнодорожное сообщение между Пензой и Рузаевкой.
К началу 20-ого столетия в Пензе располагалось более 116 небольших фабрик и заводов. Ежегодно проводилось три ярмарки, а еженедельно – два базара. Основной товарооборот составляли зерно, лес и спирт. В Пензе на тот момент находилось десять больниц, пять библиотек, три аптеки, Музей древностей, несколько десятков учебных заведений, этнографические и другие памятники губернии, картинная галерея, имелись и представительства банков. Инженерная инфраструктура к тому времени была уже развита, в городе был водопровод, уличное освещение было уже электрифицировано, началась телефонизация города, а в 1915 году был открыт кинотеатр. Численность населения к 1917 году выросла до 105 000 человек.