Великих князей и княгинь отпевали и хоронили в северо-западном углу собора, в приделе святой Екатерины, освященном в 1811 году. Это была единственная часть собора, отапливавшаяся зимой; вообще же, по словам причта, "братия немало претерпевает нужду, да и слушателей проповедей для нестерпимой стужи бывает весьма мало". В 1998 году в Екатерининском приделе были преданы земле останки жертв екатеринбургского расстрела 1918 года - Николая ii, императрицы Александры Федоровны, великих княжон Ольги, Татьяны и Анастасии, семейного врача Е.Боткина, повара И.Харитонова, лакея А.Труппа, комнатной девушки А.Демидовой. В приделе находится и захоронение царицы Марфы Матвеевны, золовки Петра I, жены его брата Ивана v; она была похоронена на этом месте еще в 1715 году.
Собор соединен крытой галереей с Великокняжеской усыпальницей. Она была построена в 1906 году по проекту архитекторов Давида Гримма, Антония Томишко (оба умерли в процессе проектирования) и Леонтия Бенуа. Предполагалось, что императоров и в дальнейшем будут хоронить в соборе, а великих князей, их супруг и потомство - здесь. Для этого под полом было устроено сразу 60 склепов глубиной в 2 метра 20 сантиметров каждый. К 1917 году в усыпальнице было тринадцать захоронений, часть которых перенесли из собора. Гробницы расположены тремя группами: по левую сторону алтаря - захоронения Константиновичей (потомков брата Александра II, великого князя Константина Николаевича и их жен) и великой княгини Александры Николаевны (дочери Николая I). По правую сторону алтаря - братья Александра III, Алексей и Владимир Александровичи, и дети Владимира Александровича - Александр и Кирилл Владимировичи (прах последнего вместе с прахом его супруги Виктории Федоровны перенесены в усыпальницу в 1995 году). Слева от входа - захоронение семьи герцогов Лихтенбергских. Этот род восходит к браку дочери Николая I Марии и герцога Максимилиана - сына пасынка Наполеона Евгения Богарне.
Соборная площадь
Парадный дворик с западной стороны Великокняжеской усыпальницы отделяется от Соборной площади решеткой, выполненной Леонтием Бенуа по образцу ограды Летнего сада. На Соборную площадь выходят фасад Петропавловского собора, Комендантский дом и Монетный двор. Почти в центре площади находится Ботный домик. Ходить по площади необычайно неудобно, так как она вымощена булыжниками. С другой стороны, именно поэтому здесь снимали множество исторических фильмов.
Ботный домик построен архитектором Вистом в начале екатерининского царствования специально для "дедушки русского флота" - пресловутого ботика, в свое время подаренного англичанами царю Алексею Михайловичу. На нем Петр I любознательным подростком учился искусству навигации на Яузе. В 1722 году ботик был торжественно перевезен в Петербург, а еще через год была устроена специальная церемония: ботик прошел вдоль строя победоносного балтийского флота, причем на веслах были российские адмиралы, а у руля стоял сам Петр. С 1723 года ботик хранился в крепости, откуда его вывозили для участия в торжественных церемониях. Сейчас ботик находится в Военно-морском музее, а в построенном для него павильоне установлен макет и устроен официальный сувенирный магазин Музея истории города. Архитектура Ботного домика - на грани елизаветинского барокко и раннего классицизма. От барокко - крыша с переломом, круглые окна-люкарны и статуя Навигации на крыше, а от классицизма - портики тосканского ордера.