В 1831 году император Николай I повелел похоронить в соборе своего брата Константина Павловича. С этого времени в соборе стали погребать близких родственников императоров. После постройки в 1908 году рядом с собором Великокняжеской усыпальницы некоторые из этих захоронений были перенесены туда.
17 июля1998 года в Екатерининском приделе, в юго-западной части собора, преданы земле останки, по заключению Государственной комиссии принадлежащие императору Николаю II, императрице Александре Фёдоровне, великим княжнам Татьяне, Ольге и Анастасии, убитых в Екатеринбурге в 1918 году, а также 4 членов их свиты. Мария Николаевна и Алексей Николаевич остаются непогребенными.
Александра Георгиевна (1870—1891), великая княгиня, жена великого князя Павла Александровича. Перезахоронена в 1939 в Греции. Единственный в соборе памятник над пустой гробницей
Алексей Николаевич (1904—1918) — цесаревич великий князь[4]. Кенотаф, останки хранятся в Государственном архиве РФ вместе с останками его сестры Марии Николаевны.
Алексей Петрович (1690—1718), царевич и великий князь, сын Петра I
Александра Георгиевна (1870—1891), великая княгиня. Кенотаф, перезахоронена в Греции во дворце Татой. Единственный в соборе памятник над пустой гробницей
Алексей Николаевич (1904—1918) — цесаревич великий князь[4]. Кенотаф, останки хранятся в Государственном архиве РФ вместе с останками его сестры Марии Николаевны.
Боткин Е. С. (1865—1918), лейб-медик Николая II и царской семьи[3]
Трупп А. Е. (1856—1918), камер-лакей Николая II и царской семьи[3]
Демидова А. С. (1878—1918), горничная («комнатная девушка») Николая II и царской семьи[3]
Список похороненных в Петропавловском соборе, чьи останки были впоследствии перенесены
Прах Александры Георгиевны в 1939 году был перенесён в Грецию (королевское кладбище Татой), надгробие над пустой гробницей осталось в соборе. Захоронения остальных перечисленных в этом списке членов императорского дома после постройки в 1908 году рядом с Петропавловским собором Великокняжеской усыпальницы были перенесены в неё из собора.
Александра Максимилиановна Лейхтенбергская (1840—1843), княжна Романовская, дочь Марии Николаевны
↑Из примечаний Г. Данилевского романа "Мирович": "Большинство исследователей не указывают места погребения принца Иоанна. Многие убеждены, что он похоронен в Тихвинском монастыре. Так, г. Семеновский говорит: "Иоанн был погребен без церемонии в Тихвинском монастыре, ночью, в простом гробе, в матросском платье и зарыт в ските одной из часовен" ( Отечественные записки 1866). Башуцкий, долго бывший послушником в том монастыре, говорит, что хотя он не слышал, чтобы там была могила принца, но что это "ничего не доказывает" так как "убитого принца могли похоронить там, не называя покойника". Мне привелось, при посещении Шлиссельбургской крепости и ее Светличной башни, услышать предание о том, что принц Иоанн был похоронен в одной из казарм крепости, в подполье церкви св. апостола Филиппа. Другие удостоверяют, что он был погребен на холме, в так называемом "тампете", означающем место где в крепости помещался прежний собор св. Иоанна"