Lungo lo specchio d'acqua della Vecchia Darsena si innalzano i bastioni della Fortezza Vecchia, un grandioso complesso fortificato i cui lavori vennero iniziati nel 1519-20 sotto la tutela del Cardinale (e futuro Papa Clemente VII) Giulio de' Medici.
I lavori vennero terminati nel 1534.
Nel secolo XII vi vennero incorporati il Mastio di Matilde, massiccio torrione cilindrico e nel secolo seguente la rocca, detta Quadratura dei Pisani. 

Nella seconda metà del Cinquecento lo sviluppo urbanistico di Livorno fu ad opera dei Granduchi:  Francesco I affidò all'architetto Bernardo Buontalenti il compito di progettare una "città ideale", mentre Ferdinando I si occupò dell'area portuale e residenziale.
Nacquero così la Piazza d'Arme (l'attuale Piazza Grande), il Duomo, la via Fernanda (Via Grande), e una cinta muraria pentagonale fortificata e circondata da un fossato con acqua di mare comprendente la Fortezza Nuova. 

Il Duomo è dedicato a San Francesco e situato a Piazza Grande.  Costruito fra il 1594 e il 1606 su disegno di Alessandro Pieroni e sotto la direzione dell'architetto Antonio Cantagallina venne completamente ricostruito dopo i bombardamenti della seconda guerra mondiale pur mantenendo la struttura originaria.

Nel corso del Seicento grazie a Ferdinando II e Cosimo III venne costruito il quartiere Venezia Nuova.   Realizzato su progetto di Giovan Battista Santi conserva ancora oggi le caratteristiche architettoniche e urbanistiche del progetto originario.
Nasce come una fitta rete di canali che fungevano da collegamento con i magazzini e le abitazioni dei commercianti.