Jusqu’au début du XVIII^e siècle, la ville moderne, avec son bâti encore essentiellement constitué de terre et de bois, est très marquée par son passé médiéval. Son plan est quant à lui influencé par plusieurs facteurs.

Directement héritée de la fin de l’époque médiévale, la morphologie générale de la partie sud de la ville est assujettie au cours sinueux de la Vilaine et de ses chenaux.

Les nombreuses congrégations religieuses apparues au fil du temps ont également joué un rôle important dans la structuration du paysage urbain. Elles sont très actives et puissantes à Rennes ; certains découpages parcellaires actuels en sont directement hérités. À plusieurs reprises, les fouilles archéologiques entreprises ces dernières années ont permis d’entrevoir tout ou partie de leurs vestiges (Parc du Thabor, Campus de la place Hoche, Couvent des jacobins, 1A/B Rue victor Hugo,Parking de la place Hoche, Station Sainte-Anne).

Enfin l’existence des différentes ceintures de fortifications, dont le démantèlement est entamé au tout début du XVII^e siècle, a considérablement contribué à façonner le tissu urbain, notamment dans les zones les plus proches des murs. Après leur abandon, de nouvelles parcelles constructibles, vite loties, dans des espaces jadis liés au système défensif, en figent la morphologie jusqu’à aujourd'hui. Un certain nombre d’opérations archéologiques ou de diagnostics touchent de plus ou moins près à ces fortifications. L’étude programmée des Portes Mordelaises et de la courtine attenante, en vue d’une restauration, en est l’exemple le plus probant, mais plusieurs diagnostics montrent comment l’urbanisation a également tiré parti de ces espaces libérés.

Symbole de la ville moderne, le Parlement de Bretagne est implanté à Rennes en 1585. La construction du Palais du Parlement est décidée en 1614 et les premiers plans proposés en 1615. Après plusieurs modifications du projet, sa première pierre est posée le 15 septembre 1618 et le 11 janvier 1655 les parlementaires s’y installent.

Victime d’un terrible incendie en 1720, cette ville médiévale de terre et de bois est partiellement reconstruite en pierre à partir de 1726 par l’architecte Gabriel. Dans cette même dynamique, la première pierre de l’hôtel de ville est posée, en 1734, en plein cœur de la zone sinistrée.

Ce secteur, avec celui du Parlement de Bretagne et les quelques rues proches de la cathédrale ayant échappé au brasier, constituent aujourd'hui le centre historique, aussi appelé « secteur sauvegardé ». C’est paradoxalement la partie de la ville dont on connaît le moins bien le sous-sol archéologique. Si l’on excepte les études liées au rempart évoquées précédemment, aucune fouille d’ampleur n’y a été menée. On ne dispose pour ces quartiers que de mentions de découvertes anciennes peu précises, remontant pour la plupart au XIX^e siècle.

Au début du XIX^e siècle, la Vilaine traversait Rennes et se divisait en plusieurs bras. L’ancien cours ainsi que les principaux chenaux avaient en effet été conservés malgré le contournement de la « nouvelle ville » par le sud. La configuration de l’époque était donc encore directement héritée de celle de la fin du Moyen Âge, surtout dans cette partie méridionale de la ville. Certaines activités économiques liées à la présence de l’eau avaient été repoussées hors les murs, mais de nombreuses, comme les abattoirs, les tanneries ou les parchemineries, étaient encore en activité en bordure des chenaux qui traversaient cette « ville basse ». Ce secteur humide était de surcroît relativement insalubre. La configuration des cours d’eau les rendait par ailleurs peu navigables, ce qui constituait un handicap économique notoire. 

Dès le XVIII^e siècle, un projet de canalisation des cours d’eau, proposé par l’ingénieur Robelin, vit le jour afin de remédier à ces inconvénients. Sa mise en œuvre effective attendra les premières décennies du XIX^e siècle. La configuration actuelle de l’Ille et de la Vilaine en est directement héritée. C’est au cours de ces travaux qu’un certain nombre de découvertes archéologiques comme le « trésor de la Vilaine » eurent lieu. Parallèlement, jusqu’au début du XX^e siècle, le démantèlement des fortifications s’accéléra. Les murs et le fossé ceinturant la ville basse disparurent totalement pour faire place à l’actuel boulevard de la Liberté. 

Au milieu du XIX^e siècle, alors que le chemin de fer arrive à Rennes, le grand chantier de l’Hôtel-Dieu est lancé dans les quartiers nord de la ville. De nombreuses découvertes archéologiques, rapportées par les érudits de l’époque, ont lieu à cette occasion. 

Ce n’est qu’après la Seconde Guerre mondiale que Rennes connaît un développement sans précédent. D’anciens faubourgs entiers, comme celui du Bourg l’Évêque, sont rasés pour permettre la construction de nouveaux quartiers. L’urbanisation gagne également sur la proche campagne. D’immenses chantiers, comme celui de la ZUP sud, sont entamés. De nombreuses fermes et manoirs anciens, qui constituaient l’ancienne ceinture vivrière de la ville, disparaissent pour laisser place aux immeubles. 

Enfin en en mars 2002 est inaugurée la première ligne de métro rennais, dont la construction offrit la possibilité de réaliser deux importantes fouilles urbaines.