В начале XX в. в связи с дальнейшим расширением территории Киева произошли заметные изменения в его архитектурном облике. Интенсивно застраивались центральный район, Подол, Печерск, Демиевка, Соломенка, Лукьяновка, Куреневка.
В решении архитектурно-художественных задач доминирующим стал новый стиль — модерн, который приобрел различные оттенки вследствие ориентации архитекторов на новейшие западноевропейские образцы, классические стили прошлых эпох или на отечественное народное творчество. Благодаря применению в строительстве новых железобетонных и металлических конструкций значительно расширились творческие возможности архитекторов.
В стиле модерн были сооружены дом по улице Николаевской (теперь улица Карла Маркса, 15; архитекторы Э. П. Брадтман и Г. П. Шлейфер), дом по улице Лютеранской (ныне улица Ф. Энгельса, 23; архитектор Э. П. Брадтман), многие здания по улицам Маловладимирской (теперь улица В. П. Чкалова), Большой Васильковской (улица Красноармейская) и другие. Значительными общественными сооружениями в этом стиле были Городская железнодорожная станция по улице Пушкинской, 14 (1910 год, гражданский инженер А. М. Вербицкий), первый на Украине стационарный цирк по улице Николаевской (1903 год, архитектор Э. П. Брадтман), Крытый рынок на Бессарабской площади (1910—1912 гг., архитектор Г. Ю. Гай). Торговый зал последнего был перекрыт стеклянной крышей на металлическом каркасе.
Отдельные модернисты пытались искусственно приспособить к требованиям времени стили прошлых эпох — классический, готический, романский и др. Одним из представителей этого направления был известный архитектор В. В. Городецкий. По его проекту в 1902—1903 гг. построен дом по ул. Банковой (теперь ул. Орджоникидзе, 10). Здание украшено скульптурными изображениями диких зверей, различных химер. В стиле немецкой готики сооружен костел по ул. Большой Васильковской (ныне Республиканский дом органной и камерной музыки), в мавританском стиле — караимская кенаса (ныне Дом актера по ул. Ярославов Вал) того же архитектора.
К оригинальным сооружениям 1907—1914 гг. относятся: Музей западного и восточного искусства, сочетавший черты готики, рококо, классицизма (архитектор Р. Ф. Мельцер); здание банка на Институтской улице (теперь ул. Октябрьской революции) в стиле североитальянской готики и раннего Возрождения (архитекторы А. В. Кобелев и А. М. Вербицкий), украшенное полированными мраморными колоннами и лепным орнаментом (скульптор Э. Саля); здание отделения Русского для внешней торговли банка на Крещатике (архитектор Ф. И. Лидваль).
Киевский архитектор В. Н. Рыков в эти годы создал высокохудожественные сооружения в стиле итальянского Возрождения: здание Народной аудитории, дом Мариинского общества Красного Креста (теперь здесь Институт клинической медицины им. Н. Д. Стражеско) и другие.
В 1911—1914 гг. в Киеве велось строительство ряда общественных зданий в стиле классицизма. К ним относился пассаж на Крещатике (архитектор П. С. Андреев), в плане представлявший собой два параллельных корпуса, объединенных торцовыми корпусами с проездами. В стиле русского классицизма А. В. Кобелев 1911—1913 гг. построил монументальное здание для Высших женских курсов (ныне на ул. Чкалова). По заказу Киевского учебного округа в 1911 году архитектор П. Ф. Алешин возвел в стиле классицизма, с использованием мотивов античной архитектуры, здание Педагогического музея (позднее филиал музея В. И. Ленина) — одно из лучших сооружений дореволюционного Киева. В то время было заложено еще одно большое здание в стиле классицизма — дом университетской библиотеки на ул. Владимирской (по проекту архитектора В. А. Осьмака), в котором сейчас размещается Центральная научная библиотека АН УССР. Основная идея проекта состояла в создании единого ансамбля, начало которому положил В. Беретти постройкой главного корпуса университета.
Продолжало осуществляться парковое строительство. Так, в 1899—1901 гг. учащиеся киевских учебных заведений заложили большой парк по Брест-Литовскому шоссе, названный в честь А. С. Пушкина его именем. Тогда же была посажена роща на территории политехнического института, разбит сквер на Контрактовой площади на Подоле.
Наряду с определенными достижениями в благоустройстве и озеленении города, строительстве капитальных сооружений в дореволюционном Киеве ярко проявились типичные для капиталистического градостроительства черты — стихийность застройки, стилевой разнобой в архитектуре, игнорирование природных условий. Все более очевидным становился контраст между благоустроенным центром, где жила в основном буржуазия, и убогими, застроенными одноэтажными домиками, рабочими окраинами (Шулявкой, Соломенной, Демиевкой, Куреневкой).