Петр I покоится в двойном гробу: внешнем — дубовом и внутреннем — металлическом, запаянном. Рядом с императором погребены его ближайшие родственники и преемники, в том числе и императрица Екатерина I.
Над гробницей Анны Иоанновны до революции находились две иконы — Иерусалимской Божьей Матери и Святой Анны Пророчицы — в золотых окладах, с жемчугами и драгоценными камнями. Неподалеку от Анны Иоанновны похоронены две дочери Петра I и Екатерины I — старшая Анна и младшая — императрица Елизавета Петровна.
Петра III первоначально погребли в Александре-Невской лавре, а по восшествии на престол Павла I останки убитого монарха торжественно перенесли в Петропавловский собор. Это произошло 5 декабря 1796 года одновременно с погребением императрицы Екатерины II, причем корону перед гробом императора нес Алексей Орлов — один из его убийц. На надгробии самого Павла I была укреплена бриллиантовая корона Мальтийского ордена, которая после 1917 года пропала. Кроме гробницы в Петропавловском соборе, в глубине парка существует еще мемориальный мавзолей Павла I, возведенный в 1805–1808 годах. Сооружение это, выполненное по проектам И.П. Мартоса и Тома де Томона с большим вкусом и изяществом, напоминает небольшой античный храм.
Порядок погребения лиц императорской фамилии регламентировался высочайше утвержденным церемониалом. В день погребения к Петропавловскому собору к заранее намеченному часу прибывали приглашенные лица со специальными билетами; для въезда в крепость кучерам полагалось иметь отдельный билет. Почетный караул оставался до закрытия могилы и заделывания свода гроба, после чего над могилой устанавливали сначала временную, а потом и постоянную гробницу. Императорские регалии (корона, скипетр и держава) отправлялись в Бриллиантовую комнату Зимнего дворца, личное оружие императоров — в Оружейную палату Кремля, ордена передавались на хранение в Арсенал, где находилась и погребальная колесница. Иностранные ордена государственный канцлер возвращал выдавшим их государствам.
Императора Александра I погребли в марте 1826 года — через несколько месяцев после его кончины в Таганроге. И хотя гроб с телом покойного императора несколько дней стоял в Казанском соборе для прощания, в придворных кругах и в народе ходило много слухов.
Император скончался неожиданно — во время поездки по югу России в ноябре 1825 года. До сих пор распространена версия, что тогда Александр I не умер, а ушел в монастырь. А в гроб положили солдата, умершего в госпитале и лицом похожего на императора. Через много лет в Сибири появился творивший чудеса старец монах Федор Кузьмич. Некоторые из современников считали его Александром I, этой версии придерживался и Л.Н. Толстой. Однако великий князь Николай Михайлович Романов, внук императора Николая I, тщательно изучив все обстоятельства смерти Александра I, пришел к выводу, что легенда о Федоре Кузьмиче не имеет под собой никаких исторических оснований.