Dopo la stagione napoleonica, nel 1815 viene restaurato il potere ducale: regna ora, con Francesco IV, la Casa d'Austria Este. Cantieri governativi e privati, sotto il controllo della Commissione d'ornato, danno a Modena una fisionomia di classica eleganza: così la facciata orientale del Palazzo Ducale, progettata dopo il 1815 dall'architetto neoclassico Giuseppe Maria Soli, l'odierno Palazzo Santa Margherita, il Foro Boario del 1834 ora sede universitaria, la Cappella Funeraria Estense in San Vincenzo, il Teatro Comunale ora "Luciano Pavarotti", del 1841, opere tutte su progetto di Francesco Vandelli architetto ducale, il Cimitero Monumentale di San Cataldo e la "Fabbrica del Caffè", odierno Palazzo della Provincia, entrambi dell'ingegnere Cesare Costa. Fra le tante dimore private riqualificate, spicca il Palazzo Menotti, nel 1831 teatro del moto carbonaro di Ciro Menotti. Centro culturale è l'Accademia Atestina (Estense) di Belle Arti, ora Istituto d'Arte "Adolfo Venturi", diretta dal pittore Adeodato Malatesta, personalità rinomata a livello italiano.

Con l'annessione allo Stato unitario nel 1859, anche l'urbanistica cittadina riflette i mutamenti politici e sociali: nell'antico ghetto dal 1869 è costruita la Sinagoga, edificio emblematico dell'emancipazione ebraica; s'innalzano i monumenti dei protagonisti del Risorgimento, mentre si attuano interventi di "bonifica" urbana, con l'atterramento di isolati malsani e degradati, per dare alla città un volto rinnovato e più razionale. In particolare fra Otto e Novecento si abbattono le mura con le relative porte, eliminando anche simbolicamente le barriere tra la città e la nuova nazione. La cerchia muraria è così sostituita da un anello di viali, sull'esempio dei boulevards parigini, mentre il tessuto urbano si espande fuori dal suo plurisecolare perimetro; a est dell'antico nucleo urbano sorge dal 1886 il Teatro Storchi, luogo di spettacolo emblematico della Belle époque modenese. Nel 1871 era stato istituito il Museo Civico, ora nei due settori d'Arte Medievale e Moderna e Archeologico Etnologico, come luogo di studio dell'identità storica locale, rivolto allo sviluppo del territorio in un'ottica positivistica; ha sede nel Palazzo dei Musei, il settecentesco Albergo dei Poveri, poi Albergo Arti, acquistato nel 1881 dal Comune per riunire gli Istituti culturali: accanto ai Musei, la Galleria Estense, la Biblioteca Estense e Universitaria, il Museo Lapidario Estense, il Lapidario Romano dei Musei Civici, la Gipsoteca Graziosi e la Biblioteca di Storia dell'Arte "Luigi Poletti".