Карл Иванович Росси был сыном итальянской балерины, приехавшей в 80-е гг. XVIII в. в Россию. Он обучался в мастерской Винченцо Бренны, любимого зодчего Павла I. В 1802 г., вместе с получившим отставку Бренной, он совершил поездку за границу.

В 1816 г. Росси был определён на службу при дворе в качестве главного архитектора, а вскоре получил от Александра I заказ возвести дворец для младшего брата императора, великого князя Михаила Павловича. Совершенно неблагоустроенный участок в центре столицы архитектор преобразил в великолепный городской ансамбль.

Грандиозный Михайловский дворец (1819—1825 гг.; ныне Государственный Русский музей) по традиции симметричен: в центре роскошный восьмиколонный портик, по бокам — ризалиты с арками. Главный фасад выходит в парадный двор, обнесённый чугунной оградой. Позади дворца Росси разбил живописный парк, сбегающий по склону берега к реке Мойке, а перед дворцом создал площадь прямоугольной формы, которую обрамляют дома с единым рисунком фасадов. Напротив парадного входа дворца была проложена улица, соединившая площадь с Невским проспектом. Реконструкция этого участка продолжалась до 1840 г.

Одновременно Росси начал заниматься ещё одним императорским заказом — перестройкой здании, стоящих на Дворцовой площади, для нужд государственных учреждений. Напротив пышного Зимнего дворца Росси возвёл два монументальных симметричных строения — Министерство финансов и Министерство иностранных дел, расположив линию их фасадов по дуге. В высшей точке этой дуги, подчёркивая парадный выход на площадь, он поставил арку Главного штаба, которая соединила корпуса министерств в единую композицию (1819—1829 гг.). Могучие колонны стоят на рустованном цоколе; на светлом фоне стены выделяются круглая скульптура и рельефы, отлитые из чугуна. Скульптурное убранство посвящено Отечественной войне 1812 г. На пьедесталах лежат воинские доспехи, они же украшают стены. Воины сторожат въезд под арку, над ними летят Славы с лавровыми венками в руках, и, наконец, над карнизом на фоне неба триумфально движется колесница крылатой богини Победы.

Ансамбль Дворцовой площади был завершён в 1834 г., когда в центре её возвели по проекту архитектора Огюста де Монферрана Александровскую колонну в честь победы в войне 1812 г. Это самая высокая триумфальная колонна в мире, её высота сорок семь с половиной метров.

В конце 20-х гг. Карл Росси выиграл конкурс на перестройку старого здания Сената и тем самым — на завершение всего архитектурного ансамбля Сенатской площади. Росси перестроил одну из сторон площади. Напротив Адмиралтейства он расположил симметричную композицию из двух одинаковых зданий — Сената и Синода (1829— 1834 гг.), которые соединяет арка, устроенная над Галерной улицей. Сенатская площадь приобрела парадный вид и единый стиль благодаря тому, что разные зодчие использовали общие архитектурные приёмы классицизма.

Наиболее значимой для Росси стала работа по проектированию и строительству ансамбля Александрийского театра (1816—1834 гг.; ныне Российский академический театр драмы имени А. С. Пушкина). Архитектор поставил огромное здание театра узким, торцевым фасадом к Невскому проспекту и оформил перед ним парадную площадь с небольшим сквером. Главный фасад украшает восьмиколонная лоджия, по краям которой — гладкие стены с нишами и скульптурой, а над ней размещается квадрига Аполлона. На более широких боковых фасадах — мощные портики, в их цоколе устроены проезды для экипажей. Идея Росси в целом близка решению Театральной площади в Москве, спроектированной Осипом Бове. Но в архитектурном оформлении здания проявилась любовь Росси к декоративным деталям, поэтому петербургский театр выглядит праздничнее и наряднее московского.

Отношения между архитектором и императором Николаем I не сложились. Закончив строительство театра, Карл Росси подал рапорт об отставке и был немедленно уволен.