Nach dem Ende des Ersten Weltkrieges wurde 1918 in Berlin die Republik ausgerufen. 1920 folgte dann mit dem Groß-Berlin-Gesetz erneut eine umfassende Eingemeindung mehrerer Städte, Landgemeinden und Gutsbezirke rund um Berlin. Die Hauptstadt hatte damit rund vier Millionen Einwohner.
Nach der Machtergreifung der Nationalsozialisten 1933 wurde Berlin die Hauptstadt des Dritten Reiches. Die Nazis nutzten die 1936 in Berlin stattfindenden Olympischen Sommerspiele für Propagandazwecke. Nach den Plänen der NS sollte Berlin in die „Welthauptstadt Germania“ mit gigantomanischen architektonischen Konzepten nach römischen Vorbild umgewandelt werden.
Die Nationalsozialisten zerstörten Berlins jüdische Gemeinde, die vor 1933 rund 160.000 Mitglieder zählte. Nach den Novemberpogromen von 1938 wurden tausende Berliner Juden im nahe gelegenen Konzentrationslager Sachsenhausen eingesperrt. Abgesehen von einigen wenigen Juden, die mit nichtjüdischen Deutschen verheiratet waren, mussten die letzten Berliner Juden ab Februar 1943 während mehrerer Wochen zum Bahnhof Grunewald marschieren, um in Viehwaggons in Vernichtungslager wie Auschwitz deportiert zu werden.
Während des Zweiten Weltkrieges wurden große Teile Berlins durch Bomben und durch den Häuserkampf zerstört. Nach der Einnahme der Stadt durch die Rote Armee und die Kapitulation 1945 wurde Berlin, analog zu der Regelung für das gesamte Deutschland, in vier Sektoren aufgeteilt. Die Sektoren der Westalliierten (USA, Vereinigtes Königreich und Frankreich) bildeten den westlichen Teil der Stadt, während der Sektor der Sowjetunion von nun an den Ostteil bildete.
Für Gesamtberlin blieb allerdings eine Gesamtverantwortung aller vier Alliierten bestehen. Die zunehmenden politischen Differenzen zwischen den Westalliierten und der Sowjetunion führten 1948/49 zu einer wirtschaftlichen Blockade West-Berlins, die die Westalliierten mit der so genannten Luftbrücke überwanden.
Nach der Gründung der demokratischen Bundesrepublik Deutschland im Westen Deutschlands und der Deutschen Demokratischen Republik (DDR) im Osten Deutschlands, beides im Jahr 1949, verschärfte sich der Kalte Krieg auch in Berlin. Während die Bundesrepublik ihre Hauptstadt nach Bonn verlegte, was zunächst als Provisorium gedacht war, ernannte die DDR Ost-Berlin zur Hauptstadt der DDR. Der Ost-West-Konflikt gipfelte im Bau der Berliner Mauer durch die DDR am 13. August 1961. West-Berlin war nun de facto ein Teil der Bundesrepublik Deutschland – allerdings mit rechtlicher Sonderstellung – und Ost-Berlin de facto ein Teil der DDR.
Berlins Osten und Westen waren nun völlig voneinander getrennt; der Übergang war nur noch an bestimmten Kontrollpunkten möglich, allerdings nicht mehr für die Bewohner der DDR und Ost-Berlins. 1971 wurde das Viermächte-Abkommen über Berlin unterzeichnet. Während die Sowjetunion den Vier-Mächte-Status nur auf West-Berlin bezog, unterstrichen die Westmächte 1975 in einer Note an die Vereinten Nationen ihre Auffassung vom Vier-Mächte-Status über Gesamt-Berlin.
1989 kam es zur Wende, die Mauer fiel. Bereits 1990 wurden die beiden deutschen Staaten als Bundesrepublik Deutschland wiedervereinigt und Berlin per Einigungsvertrag deutsche Hauptstadt. 1991 beschloss der Bundestag mit dem Hauptstadtbeschluss nach kontroverser öffentlicher Diskussion, dass die Stadt auch wieder Sitz der deutschen Bundesregierung sein sollte. Am 1. September 1999 nahmen Regierung und Parlament ihre Arbeit in Berlin auf.