Вхождение Урала в состав России стало поворотным пунктом в истории края. Русские стали проникать на Урал ещё до монгольского нашествия. Это были эпизодические походы за данью. В 1430 г. русские организовали на Урале первый горный промысел. В этом году посадские люди Калинниковы основали добычу поваренной соли на реке Усолке, где возник город Усолье Камское (Соликамск). Благоприятные возможности для массового заселения русскими Урала открылись после включения в середине XVI в. в состав России казанских, башкирских и удмуртских земель. Освоение Урала в XVI в. было тесно связано с деятельностью известных солепромышленников и торговцев Строгановых. Их вотчины к началу 1570 – х гг. превышали 7 млн. десятин. Иван Грозный разрешил им строить крепости на Каме, Чусовой, на восточном склоне Урала, а также в Сибири. В конце XVI в. основаны города Уфа, Пелым, Верхотурье, Туринск. Тогда же под руководством Артемия Бабинова была проложена 263 – вёрстная дорога от Соликамска до верховьев Туры.
В XVII в. закладываются основы для превращения Урала в крупный горнозаводской центр страны. В этом столетии русская колонизация Урала стала массовой. На переселение крестьян и посадских людей на Урал оказывали влияние такие факторы, как усиление крепостного гнета, репрессии при подавлении народных волнений, преследование старообрядцев, неурожаи в центральных уездах. Самым крупным горным промыслом оставалось солеварение Прикамья. В конце XVII в. здесь действовало более 200 варниц, в пять раз больше, чем сто лет назад. Ежегодно вываривалось до 1 млн. пудов замечательной соли – «пермянки». Возникают первые металлургические заводы: Ницинский железоделательный завод (построен в 1631 г.), Пыскорский медеплавильный (1634 г.), Красноборский железоделательный (1640 г.). Правда, это были небольшие предприятия; ни один из них не доработал до XVIII в. Начинаются регулярные поиски полезных ископаемых, прежде всего болотных железных руд и медистых песчаников. Несколько месторождений открыл Дмитрий Тумашев. В 1696 г. были обнаружены железорудные богатства горы Высокой. Развивалась торговля. В 1643 г. открылась Ирбитская ярмарка, быстро завоевавшая известность не только на Урале и в Сибири, но и во всей России.
Ростки нового, появившиеся в хозяйственной жизни России в XVII в., на Урале были более ощутимыми, чем в других районах. На первых заводах, соляных промыслах, в многочисленных ремесленных мастерских работали тысячи людей, их опыт был использован на строительстве крупных заводов. Землепроходцы и рудознатцы, земледельцы и ремесленники подготовили стремительный взлёт Урала в XVIII в.
В XVIII в. Урал превратился в главный центр чёрной и цветной металлургии России, стал крупнейшим горно - металлургическим районом мира. В эпоху петровских преобразований возникают крупные металлургические заводы – Невьянский, Алапаевский, Екатеринбургский, Верхнетагильский, Выйский и др., а в середине XVIII в. на долю Урала приходилось 2/3 производства российского железа и 9/10 российской меди. И это не случайно. Богатые месторождения железных и медных руд высокого качества, их сравнительная лёгкость добычи, огромные лесные массивы, густая сеть рек, довольно развитое сельское хозяйство, мастерство местного населения – вот что выдвинуло Урал на место главного центра российской металлургии. В 1716 г. уральское железо впервые было продано за границу, в Англию. В 1724 г. Пётр I распорядился всё железо, выплавляемое на уральских казённых заводах, продавать за границу. Через полвека на экспорт шла продукция и частных заводов. В конце XVIII в. ежегодно продавалось 2,5 млн. пуд. железа в странах Западной Европы и даже за океаном, в США.
В 1700 г. было создано центральное горное управление России – Приказ рудокопных дел. Рудокопный приказ в 1711 г. ликвидировали, а в 1715 г. образовали Канцелярию рудных дел. Наконец, в 1718 г. были учреждены знаменитые петровские коллегии. Горнозаводской промышленностью, то есть горными отраслями, выплавкой металла и производством изделий из него, руководила Берг-коллегия. В 1719 г. была издана Берг-привилегия, которая поощряла горнопромышленную деятельность, вводила элементы «горной свободы». Документ разрешал представителям всех сословий искать руды и строить заводы на любых землях государства, освобождая мастеровых людей от налогов и рекрутской повинности. При создании Берг-привилегии учитывалось горное законодательство Швеции.
Неоценимый вклад в становление горнозаводской промышленности Урала, в создание региональной горной администрации внесли первые главные начальники уральских заводов В. Н. Татищев и В. Г. де Геннин. Де Геннин управлял уральскими заводами в 1722 – 1734 гг. Под его руководством построены Егошихинский, Полевской, Верх – Исетский и др. заводы. Де Геннин составил обширное «Описание Уральских и Сибирских заводов». В. Татищев выбрал место для строительства на реке Исети крупнейшего в России металлургического завода, давшего начало городу Екатеринбургу. Он первым высоко оценил значение для государства железорудного месторождения горы Благодати. Татищев энергично поддерживал поиски руд и минералов, поощрял, часто собственными средствами, рудознатцев «за усердие, паче же для прикладу (примера) другим».
Вместе с интенсивным промышленным освоением края формировалась специфическая система управления промышленностью – окружная. Каждый из горных округов, из которых, как из ячеек, состоял уральский горнопромышленный район, являлся самостоятельной хозяйственно-территориальной единицей. Обязательными элементами любого округа – хозяйства были заводы, месторождения полезных ископаемых, лесные дачи. На территории округа проживало зависимое от владельцев округа население. Число округов постоянно менялось. В середине XIX в. их было 49, в том числе 6 казённых – Екатеринбургский, Златоустовский, Гороблагодатский, Пермский, Воткинский, Богословский. Частные округа подразделялись по праву владения на вотчинные и посессионные. Посессионное право владения устанавливало некоторые ограничения права собственности, поскольку хозяева таких округов получали от казны «пособия» землями, рудниками, крепостными людьми, денежными ссудами. В таких округах сырьё и лес использовались только на нужды своих заводов. Посессионными была половина частных округов.
Российская власть, начиная с ПетраI, предоставляла предпринимателям широкие возможности в эксплуатации природных богатств Урала. Среди основателей уральских заводов, владельцев горных округов были Демидовы (в середине XVIII в. их заводы давали больше металла, чем казённые), Строгановы, Осокины, Твердышевы, Мясниковы, Походяшины, Яковлевы.
XVIII – XIX вв. – время открытий сотен месторождений, некоторые из них разрабатываются до сих пор. История Урала хранит немало имён первооткрывателей подземных кладовых – Я. Савин, С. Бабин, С. Согра, М. Горюнов, Г. Постников, И. Редикорцев, В. Соймонов, Е. Марков и др. С 1702 г. известны Магнитогорское железорудное и Гумешевское меднорудное месторождения, с 1735 г. - Гороблагодатское железорудное, 1745 г. – Берёзовское золоторудное, 1765 г. – Кизеловское угольное, 1823 г. – месторождение платины на Среднем Урале, 1832 г. – Челябинское угольное, 1885 г. – Баженовское асбестовое месторождение. В 1825 г. в Екатеринбурге было учреждено Горное общество, в 1834г. – минералогический музей («Музеум»).
Рудное хозяйство уральской металлургии (за XVIII – первую половину XIX в. построен 201 завод) – это огромное количество рудников, зачастую мелких и мельчайших, и весьма примитивно оборудованных. Технический уровень горного хозяйства значительно уступал технической оснащённости заводов, владельцы которых смотрели на рудники, как на вспомогательное производство. Разработки велись ямами и шурфами, а подъём руды – ручными носилками, тачками, реже – ручными воротами. Несколько лучше положение было на медных рудниках. На тех из них, где работы носили подземный характер, водоотлив и подъём руды осуществлялись конными машинами. В начале XIX в. на медных рудниках Нижнетагильского округа появились паровые водоотливные машины Черепановых.
В середине XIX в. на Урале добывалось 20 – 25 млн. пуд. железной руды, 7 – 10 млн. пуд. медной руды, 6,5 млн. пуд. поваренной соли.
Долго оставались нетронутыми залежи каменного угля. Поскольку металлургия базировалась на древесном угле, спрос на каменный уголь был невелик. Уголь Кизела начал разрабатываться в небольших объёмах с 1797 г. В начале XIX в. разрабатывались также небольшие пласты вблизи рек Пышма и Ирбит. В 1860 г. было добыто всего 0,4 млн. пуд. угля, в 16 раз меньше, чем поваренной соли.
Крупные успехи были в добыче золота, открытого Е. Марковым в 1745 г., под Екатеринбургом (Берёзовское месторождение). До 1812 золотодобыча была монополией казны. Затем была открыта дорога частной инициативе, сначала в собственных горнозаводских дачах, чуть позже на казённых и общественных землях. Это способствовало стремительному росту золотых приисков и объёму золотодобычи. Был и другой фактор. Мастер Лев Брусницын разработал механизмы и технологию добычи россыпного золота. Золотые прииски открываются на Северном Урале и на казачьих и башкирских землях Южного Урала, где была открыта богатейшая Кочкарская золотоносная система, названная «Уральской Калифорнией». Золотые прииски открывают Демидовы, Яковлевы, Губины, Всеволожские и другие предприниматели. Урал захватила «золотая лихорадка». В 1823 г. на Урале было добыто 105 пуд. золота, а в 1860 г. – 321 пуд., более1/5 общероссийской добычи. В середине XIX в. Россия уверенно лидировала по добыче золота, являясь основным его поставщиком на мировой рынок.