در سده چهارم و پنجم هجری قمری سلسلهٔ آل بویه فارس، شیراز را به پایتختی برگزیدند و مساجد، قصرها، کتابخانه و کانال آبرسانی از رودخانه کر در آن بنا نمودند. در این دوران شیراز به بزرگترین شهر استان فارس (شامل یزد و سواحل شمالی خلیج فارس) تبدیل شده بود. آل بویه پیرو شیعه ۱۲ امامی بودند و شیعه را تبلیغ نموده و مراسمی مانند محرم و عید غدیر را پاس میداشتند. با اینحال آل بویه سیاستمدارا و پذیرا بودن با سایر مذاهب مانند اهل سنت را در پیش داشتند. در زمان آنها غیر مسلمانان مانند زردشتیها مجبور نبودند که علامت مشخصکننده به تن داشته باشند یا در محلههای خاصی زندگی کنند. در زمان آل بویه بازار شهر در هنگام جشن مهرگان و نوروز نورانی میشد و هنگامی که در سال ۳۶۹ هجری مصادف با ۹۸۰ میلادی مسلمانان شیراز علیه زرتشتیان به اغتشاش پرداختند، عضدالدوله لشکری برای تنبیه اغتشاشکنندگان به شیراز فرستاد.
اتابکان فارس (سَلغُریان) از نیمهٔ سدهٔ ۶ هجری (۱۲ میلادی) بر شیراز مستولی شدند. در دورهٔ آنها شیراز شکوفا شد و بناهای متعددی نظیر مدرسه، بیمارستان، بازار اتابک ساخته شد. به تدبیر اتابکان در حمله چنگیز خان مغول، شیراز از تخریب و قتلعام در امان ماند چرا که حکمرانان سلغری، ابوبکر بن سعد به پرداخت مالیات به مغولان رضایت دادند. آخرین حکمران اتابک اَبِش بنت سعد بود که به همسری پسر هلاکوخان مغول درآمد. مهریه او بخشش خراج شیراز بود و بدین ترتیب اتابکان فارس در سال ۶۸۵ هجری (۱۲۸۷–۱۲۸۶ میلادی) منقرض شد. شیراز همچنین از قتلعام تیمور نیز در امان ماند زیرا شاه شجاع، فرماندار فارس تسلیم شد. در سده سیزدهم میلادی، شیراز مرکزی پیشرو در علم و هنر بود. بخاطر تشویق حاکمان و وجود دانشمندان و هنرمند، این شهر توسط جغرافیدانان قدیمی دارالعلم نامیده میشد.
شیراز بسال ۹۰۹ هجری (۱۵۰۳ میلادی) به دست صفویه افتاد. در این دوران بناهای متعددی در شیراز مانند مدرسه خان، قصری در محل «میدان» و حصاری بدور شهر ساخت. شهر شیراز در دوران صفویه دو گروه رقیب را در خود جای دادهبود. حیدریها که پیرو شیخ حیدر صفوی بودند و در شرق شهر سکنا داشتند و نعمتیها که در غرب شیراز ساکن بودند و پیرو شاه نعمتالله ولی بودند.
پس از حمله افغانها به ایران و سقوط صفویه در سال ۱۷۲۲ میلادی، سپاه افغان در سال ۱۷۲۳ روانه شیراز شد. شیراز پس از نه ماه محاصره و تحمل قحطی تسلیم شد. گفته میشود طی این محاصره حدود ۱۰۰ هزار تن از مردم شیراز هلاک شدند. نادرشاه توانست در سال ۱۷۲۹ شیراز را از دست افغانها درآورد و خرابیهای به بار آمده را ترمیم نماید. اما با شورش حکمرانان محلی در دوره افشاریان علیه نادر شاه، نادر شاه سپاهی را روانه شیراز کرد و شهر پس از چهار ماه محاصره سقوط کرد. پس از این حمله بسیاری از مردم شیراز از دم تیغ گذشتند و دو کله مناره در اطراف شهر برپا شد و باغهای اطراف شیراز نابود شد.
کریم خان زند شیراز را در سال ۱۱۸۰ هجری قمری (۷–۱۷۶۶ میلادی) بهعنوان پایتخت سلطنت خود برگزید. در این دوران شیراز رونقی دوباره یافت و بر جمعیت آن افزودهشد. شیشه ساخت شیراز به تمام ایران صادر میشد.در دوره کریم خان استادکاران و کارگران از سراسر ایران به شیراز آورده شدند. گفته شدهاست که تنها ۱۲٬۰۰۰ تن در ساختن خندق جدید دور شهر شرکت داشتند. بدستور کریم خان بناهای متعددی مانند ارگ جدید شهر، بازار وکیل، دیوانخانه، توپخانه، یک مسجد باشکوه و چند هزار مسکن برای لرها که در سپاه کریم خان بودند بنا شد. در آن زمان شیراز یازده بخش داشت که پنج تای آنها بخشهای حیدری، پنج تای آنها نعمتی و یک بخش متعلق به یهودیان بود. پس از کریم خان، جانشینان وی موفق به حفظ سلسله زندیه نشدند و پس از روی کار آمدن قاجارها، آقا محمد خان قاجار پایتخت را به تهران منتقل نمود. در دوره قاجاریه، سید علی محمد باب در سال ۱۲۶۱ هجری قمری (۱۸۴۵ میلادی) در شهر شیراز شروع تبلیغ آیین خود نمود. او دستگیر و از شهر اخراج شد. در زمان اشغال ایران در جنگ جهانی اول، شیراز از کانونهای مبارزه با نیروهای خارجی بود و کمیته ملی حافظین استقلال ایران در این شهر فعالیت میکرد.