Вторая половина XIX века в Казани также была ознаменована тем, что в 1844 году профессор Казанского университета Карл Карлович Клаус открыл новый химический элемент, названный рутением, в честь России (Ruthenia – это латинское название Руси). Это был единственный химический элемент, открытый в царской России и СССР до появления трансурановых элементов в конце XX века.
В 1899 году была основана Казанская обсерватория. Сделано это было на средства, завещанные астрономом и общественным деятелем Василием Павловичем Энгельгардтом, и оснастили ее также оборудованием, переданным Энгельгардтом Казанскому университету в 1897 году. Летом следующего года декан физико-математического факультета и ректор Казанского университета Дмитрий Иванович Дубяго подал ходатайство об отпуске средств и отводе земли для строительства обсерватории, и оно было удовлетворено. Закладка зданий обсерватории была произведена 7 марта 1899 года.
Кроме того, в 1841 году в Казани был открыт Родионовский институт благородных девиц – закрытое учебное заведение для дочерей дворян, финансируемое за счет средств, оставленных помещицей Анной Николаевной Родионовой (урожденной Нестеровой).
Строительство здания проходило с 1838 по 1842 год по проекту архитекторов М.П. Коринфского, Ф.И. Петонди и А.И. Песке. Институт был открыт в 1841 году и по указу императора Николая I получил официальное название Родионовский.
Казанский Родионовский институт благородных девиц. Выпуск 1913/14
Среди выпускниц института было много известных женщин. Например, в период с 1863 по 1869 год там училась Вера Фигнер, видная фигура революционного народнического движения. Она была отличницей и в 1869 году окончила институт первой среди учениц, получив «золотой» шарф с инициалами. Также Родионовский институт окончили сестра Веры, Лидия Фигнер, и сестра Льва Толстого Мария.
В 1918 году институт был закрыт. В 1941 году здание стало военным госпиталем, а с 1944 года там располагается Казанское суворовское военное училище.
В середине XIX века в Казани на средства Мариинского попечительства о слепых было открыто Училище для слепых детей (сейчас в этом здании располагается 2-я городская инфекционная больница).
В 1858 году в Казани прошло открытие Женского училища духовного ведомства для девушек из семей духовенства. А в 1890 году открылось второе училище для девочек духовного сословия, получившее название «Епархиальное».
В 1859 году была открыта названная в честь императрицы Марии Александровны Мариинская гимназия, которая имела статус женского училища первого разряда.
Важным событием для губернии стало открытие в 1874 году Казанского ветеринарного института, который также стал известен благодаря своей научно-исследовательской деятельности. А в 1875 году на средства города было основано реальное училище, выпускники которого, в отличие от гимназистов, могли поступать только в технические высшие учебные заведения (кстати, среди его выпускников был В.М. Молотов, а его одноклассником был А.Я. Аросев, будущий полпред в Швеции, Латвии, Литве и Чехословакии, отец актрисы Ольги Аросевой).
В 1876 году была открыта Ксенинская гимназия (Вторая казанская), названная в честь великой княжны Ксении Александровны. А в 1877 году в Казани прошел IV Археологический съезд.
Постановлением Министерства народного просвещения Российской Империи в 1890 году в Казани были учреждены, как говорилось в резолюции императора Александра III, «соединенные среднее химико-техническое и низшее техническое училища с механическою, химическою и строительною специальностью». Это промышленное училище стало первым образовательным учреждением среднего химического профессионального образования в России. Оно было оснащено новейшим оборудованием. Например, профессор химии Казанского университета Алексей Андреевич Альбицкий отмечал, «что лаборатория Казанского промышленного училища значительно превосходит университетскую по своим удобствам».
Самым известным выпускником училища был Сергей Миронович Киров, который осенью 1901 года приехал в Казань и поступил в Казанское низшее училище за счет земства и Попечительского фонда своего родного города Уржума. В 1904 году он завершил образование, получив награду первой степени и оказавшись в пятерке лучших выпускников того года.
Сергей Миронович Киров выступает на XVII съезде ВКП(б). 1934
В 1919 году училище было преобразовано в Казанский политехнический институт.
В 1895 году под патронажем Петербургской Академии художеств была основана Казанская художественная школа, выпускавшая художников-преподавателей для средних учебных заведений. Среди ее преподавателей был прославившийся потом в Америке уроженец Казани Николай Иванович Фешин. После 1917 года школа была преобразована в Казанское художественное училище.