После завоевания Казани Иваном Грозным началось строительство нового белокаменного кремля.
В 1556 году, по указу царя, для строительства нового кремля в Казань прибыли 200 псковских каменщиков во главе с Иваном Ширяем, а также зодчий Постник Яковлев (тот самый, что создал совместно с зодчим Бармой храм Василия Блаженного на Красной площади в Москве).
За шесть лет псковскими мастерами было построено так много, что Кремль изменился до неузнаваемости. В 1556–1562 гг. были возведены Тайницкая и Воскресенская проездные башни, стены между ними и главный кафедральный Благовещенский собор, который заложили еще в 1552 году – в тот день, когда Иван Грозный вступил в завоеванную Казань. Царь тогда сам выбрал место, где быть храму, и уже через три дня в поспешно возведенном деревянном соборе отслужили благодарственный молебен.
В это же самое время территория Кремля расширилась к югу, где также поднялась каменная стена с двумя круглыми угловыми башнями (Юго-Восточной и Юго-Западной) и Спасской посередине. А еще были построены Преображенская проездная башня (со стороны современной улицы Баумана), трапезная палата с церковью Николы Ратного, Лазные ворота (посередине восточного прясла за Юго-Восточной башней) и др.
Понятно, что постройки первого русского строительного периода дошли до нашего времени в искаженном виде, однако их легко отличить от более поздних кирпичных перестроек – по характерной белокаменной кладке и специфичным признакам псковской архитектуры.
Эдвард Турнерелли. Башня Сююмбике. Из альбома: Виды Казани. 1839
К 1630 году Казанский кремль превратился в мощную крепость, полностью обнесенную каменно-кирпичными стенами и имеющую 13 башен. К настоящему времени не сохранились Пятигранная, Преображенская и три безымянные круглые башни.
В посаде стали жить ремесленники, торговцы, которых переводили по указанию царя иногда целыми слободами из различных русских городов. Там же жил простой люд и неугодные Ивану Грозному бояре. При этом лояльные казанцы были переселены за посадскую стену в район за каналом-протоком Булак, у озера Нижний Кабан, где к XVII–XVIII векам сформировался уникальный ансамбль национальной татарской архитектуры – Старотатарская слобода.
В 1553 году в бывшем Казанском царстве вспыхнул мятеж, который, хотя вскоре был усмирен, но заставил московское правительство принять меры к скорейшему обрусению края. С этой целью в 1555 году была учреждена Казанская епархия, и Московским собором поставлен во епископа Казанского и Свияжского святитель Гурий.
Гурий (в миру Григорий Григорьевич Руготин) родился в 1500 году в Радонеже, и происходил он из семьи бедных и малоизвестных бояр. После покорения Казани и учреждения там архиерейской кафедры он был избран на нее архиепископом. Вместе с Гурием в Казань отправился его ученик и будущий преемник Герман.
Гурий, возглавив новую епархию, активно занялся миссионерской работой. За восемь лет его руководства Казанской епархией были основаны четыре монастыря, построен Благовещенский кафедральный собор и более десяти городских церквей.
В 1561 году архиепископ сильно заболел, и на большие праздники его приносили в собор на литургию, где он участвовал в службе сидя или лежа. Святитель Гурий скончался 5 декабря 1563 года и был похоронен в Спасо-Преображенском монастыре в Казанском кремле. 20 июня 1630 года его мощи были перенесены из этого монастыря в Благовещенский кафедральный собор.
После взятия Казани разрушенный при осаде город заново отстроился и стал важным опорно-стратегическим пунктом на востоке Русского государства.
В XVII веке в городе наблюдался экономический подъем: были основаны ремесленные слободы и возникли первые мануфактуры. По данным переписи 1646 года, в Казани проживало 5432 человека мужского пола и насчитывалось 1652 двора (для сравнения: в 1800 году в городе уже проживало 40 000 человек, а в 1897 году – 130 000 человек).
В 1708 году Казань была назначена столицей обширной Казанской губернии. Во время правления Петра I город превратился в один из ключевых промышленных и административных центров страны: там были возведены кожевенный завод и Казанская суконная мануфактура, а в 1718 году было основано Казанское адмиралтейство, занимающееся строительством различных судов.
В 1722 году в городе побывал сам Петр I.