Сенатская площадь является одной из самых старых площадей Санкт-Петербурга. Она начала формироваться уже в 1704 году, первоначально как часть гласиса при Адмиралтействе. Адмиралтейство задумывалось не только как верфь, но и как крепость. Поэтому вокруг него и понадобилось создать свободное пространство. Западную границу этого пространства в середине 1710-х годов обозначил мазанковый доходный дом князя Меншикова, расположившийся на углу с Английской набережной.
В 1710 году здесь, на берегу Невы, построили первое деревянное здание Исаакиевской церкви. Ей пользовались служители Адмиралтейства и моряки. Здесь венчались Пётр I и Екатерина I.
Южную границу будущей Сенатской площади с 1717 года омывал Адмиралтейский канал, где первое время хранили строительный лес, а затем по нему перевозили брёвна с острова Новая Голландия. От него в 1720 году перпендикулярно в сторону Невы прорыли ещё один короткий канал, который был проложен вдоль западной границы площади, где находилась смольня. На её месте позже было построено здание для Синода. Ответвление от Адмиралтейского канала способствовало пожарной безопасности, так как работающая здесь смольня предоставляла угрозу верфи.
30 июня 1720 года Петром I было указано: "прядильню в одно житьё делать позади двора светлейшего князя и уступить от того двора улицу" [Цит. по: 1, с. 90]. Так не только было определено место Канатного двора, расположившегося на берегу Адмиралтейского канала, но и утверждено направление отходящей от площади Галерной улицы.
С 1727 года отсюда к противоположному берегу Невы наводился наплавной плашкоутный Исаакиевский мост.
На месте деревянной Исаакиевской церкви в 1730-х годах был построен большой каменный храм. Он стоял примерно на том месте, где сейчас находится памятник Петру I (знаменитый "Медный всадник"). Примечательно, что храм не только носит имя святого, в день которого родился основатель Петербурга, но и его первое место расположения совпало с местом установки памятника Петру I. Первое официальное название этой городской площади связано с собором - Исаакиевская. Оно было ей присвоено 20 апреля 1738 года [2, с. 402]. Тогда это название писали с одной буквой "а", то есть "Исакиевская". Топоним не прижился, его употребляли только в официальных документах. Позже так стали называть площадь к югу от современного Исаакиевского собора.
После смерти князя Меншикова его участок был передан вице-канцлеру А. Остерману, а в 1744 году - канцлеру А. П. Бестужеву-Рюмину. Для нового владельца здесь был построен дворец с фасадом в стиле барокко. После восшествия на престол Екатерины II сюда из здания Двенадцати коллегий переехал Сенат. При Екатерине II в 1760 годах сменил своё местоположение Исаакиевский собор. Фундамент храма на берегу Невы не был надёжен, из-за чего его пришлось перенести подальше от реки. Именно тогда собор был поставлен на берегу Адмиралтейского канала, к югу от площади.
В 1782 году на площади был открыт памятник Петру I ("Медный всадник") работы французского скульптора Э. М. Фальконе. После этого события она получила новое название - Петровская площадь.
На месте старого здания смольни в конце XVIII века появился дом купцов Устевых, позже перешедший к купцам Кусовниковым.
Примыкающая к Сенатской площади часть Адмиралтейского канала была заключена в трубу в самом начале XIX века. Поиск исполнителя этой работы производился летом 1804 года. Тогда же было засыпано ответвление от канала в сторону Невы [2, с. 156].
В 1820 году у въезда на Исаакиевский мост был сооружён гранитный береговой устой.
С постройкой по проекту архитектора Андреяна Захарова нового здания Адмиралтейства в 1820-х годах окончательно сформировалась восточная часть Сенатской площади. В 1834 году было завершено строительство спроектированного Карлом Росси величественного здания Сената и Синода.
14 декабря 1825 года у подножия памятника Петру I выстроились полки, отказавшиеся дать присягу новому царю Николаю I. Всего на площади было около 3 000 восставших, которые были окружены уже принявшими присягу войсками. Восстание было подавлено. Эти события проходили на фоне строящегося четвёртого здания Исаакиевского собора, возведение которого по проекту архитектора Огюста Монферрана было завершено к 1858 году. С тех пор архитектурное оформление Сенатской площади не изменялось.
В 1874 году Сенатская площадь стала частью устроенного у Адмиралтейства Александровского сада. У памятника Петру I были разбиты клумбы и газоны, посажены низкорослые деревья. Со стороны Исаакиевского собора посадили дубы. Между памятником и Адмиралтейством устроили альпийскую горку. В 1890 году часть сада у "Медного всадника" упразднили. Освободившееся пространство вновь переустроили в площадь, замостили булыжником.
К 100-летию восстания декабристов в 1925 году площадь получила новое имя - площадь Декабристов. 31 июля 2008 года ей вернули прежнее название - Сенатская.