Ruotsin ja Venäjän välillä käyty Suomen sota (1808-1809) oli murros Suomen historiassa. Sen seurauksena Suomi sai Venäjän valtakunnan alaisena Suomen suuriruhtinaskuntana itsehallinnon ja valtiollisen luonteen. Yliopistosta tuli keisarillinen venäläinen yliopisto, joka tunnettiin nimillä Keisarillinen Turun Akatemia, Aleksanterin Akatemia Suomessa ja Keisarillinen Turun Yliopisto.
Suomen Keisarillisella Aleksanterin Yliopistolla oli erityisasema; Venäjän kruununperijä toimi yliopiston kanslerina lähes koko 1800-luvun ajan. Suomalainen yliopisto oli siis suoraan keisarin alainen, ei alistettu kenraalikuvernöörin ja Senaatin alaiseen hallintojärjestelmään. Yliopiston kansleri oli arvossa korkeampi kuin kenraalikuvernööri.
Keisari Aleksanteri I antoi yliopistolle keskeisen sijan uudessa suuriruhtinaskunnassa ja laajensi yliopistoa ennenäkemättömällä tavalla. Yliopiston menosääty kaksinkertaistettiin uudessa menoarviossa vuonna 1811. Yliopiston taloudellinen itsenäisyys väheni kuitenkin sen talouden siirtyessä omasta veroläänityksestä yleisen valtiontalouden piiriin. Yliopistoon perustettiin myös useita uusia virkoja. Näistä kuusi oli professuureja: yksi teologisessa, yksi oikeustieteellisessä ja yksi lääketieteellisessä sekä peräti kolme uutta filosofisessa tiedekunnassa. Lisäksi perustettiin 12 apulaisen virkaa, kolme kielenopetuksen lehtoraattia ja kolme harjoitusmestarin virkaa vakinaistettiin.
Laajennus oli niin suuri, että se teki yliopistosta suorastaan uuden oppilaitoksen. Vastaavanlaista laajennusta ei yliopiston historiassa ole sen koommin nähty. Myös pidemmällä aikavälillä, koko venäläisenä kautena 1809-1917 yliopisto laajeni merkittävästi. Professorien määrä kymmenkertaistui ja opiskelijoiden määrä kuusinkertaistui noin 400:sta reiluun 3000:een.
Turussa hyvin alkanut toiminta katkesi dramaattisesti kaupungissa riehuneeseen tulipaloon vuonna 1827, jossa lähes koko kaupunki tuhoutui. Myös suuri osa yliopiston rakennuksista vaurioitui ja osa sen kokoelmista sekä muusta omaisuudesta tuhoutui. Uusi hallitsija, keisari Nikolai I tarjosi myös lisädramatiikkaa. Pian palon jälkeen kuriiri toi yliopiston johdolle manifestin, joka määräsi, että yliopisto tuli omaisuuksineen, henkilökuntineen, professoreineen ja ylioppilaineen siirtää Suomen suuriruhtinaskunnan uuteen hallinnolliseen ytimeen, sen uuteen pääkaupunkiin, Helsinkiin.
Muuton myötä yliopisto sai symbolisesti tärkeän aseman ja useita näyttäviä rakennuksia pääkaupungin keskustassa. Yliopiston päärakennus (1832) sijoitettiin Helsingin keskeisimmälle paikalle senaattia vastapäätä. Akateeminen yhteisö pystyi näin seuraamaan suomalaista yhteiskuntaa keskeiseltä paikalta ja keisarin edustajat valvomaan yliopistoa.
Päärakennuksen, aivan kuten Senaatintorin muutkin rakennukset suunnitteli arkkitehti C. L. Engel (1778-1840). Hänen arkkitehtuurissaan uusi pääkaupunki edusti Venäjän kreikkalais-keisarillista humanismia. Yliopiston päärakennuksen klassillinen arkkitehtuuri viittaa antiikin kulttuuriperintöön. Päärakennuksen lisäksi yliopisto sai useita muita tiloja: kliinisen sairaalan ja lapsenpäästölaitoksen (1832), kasvitieteellisen puutarhan (1832), tähtitieteellisen observatorion (1834) ja yliopistollisen kirjaston (1840). Yliopiston voimakas läsnäolo Helsingin ydinkeskustassa sai näin alkunsa.
Kaikki yliopiston luonnontieteelliset kokoelmat olivat tuhoutuneet Turun palossa, joten keruutyö oli aloitettava alusta. Tiedon keruu ja kartoitus sekä linnéläinen systematisointiperinne kukoisti Helsingissä 1800-luvun alkupuolella. Kotimaan luonto, maisema ja ilmasto kartoitettiin ja Suomen kasveja, eläimiä ja mineralogiaa kuvaavia kokoelmia kerättiin. Suomalaisesta loismatotutkija Alexander von Nordmannista (1803-1866) ja jäkälätieteilijä William Nylanderista (1822-1899) tuli kansainvälisesti kuuluisia tekemiensä näytteiden keräys-, tutkimus- ja systematisointityön ansiosta.
1820-luvulla yliopistossa omaksuttiin saksalaisen Wilhelm von Humboldtin ( 1767-1835) vuonna 1809 muotoilema sivistysyliopiston aate. Tavoitteena oli sivistää ihmistä ja lisätä hänen itsetuntemustaan tieteen avulla; Bildung durch Wissenschaft. Humboldtilainen aate oli vapaamielisyydessään ja tieteellisyyden korostuksessaan erittäin moderni ja kauaskatseinen. Merkittävin uushumanistisen aatteen soveltaja Helsingissä oli professori J. V. Snellman.
Saksalaista uushumanismia sovellettiin yliopiston uusissa statuuteissa vuonna 1828. Saksalaisen yliopistomallin mukaisesti monitieteinen opiskelu tuli korvata syvällisellä perehtymisellä johonkin rajattuun aihepiiriin. Tohtorin arvo, joka aiemmin oli ollut maisterin arvon synonyymi, muutettiin tieteelliseksi arvoksi, joka vaati lisäopintojen suorittamista. Vaatimukseksi tuli myös, että väittelevän oli itse laadittava oma opinnäytteensä. Tutkimus kohosi aiempaa huomattavasti keskeisempään asemaan ja useimmilla tieteenaloilla pyrittiin aiemmasta poiketen erikoistumaan. Vuonna 1828 otettiin näin merkittävä askel kohti nykyisenkaltaista tiedeyliopistoa.
Myös tiedekuntien arvojärjestys muuttui. Opiskeluun pääsyä tiukennettiin, mikä osittain nosti propedeuttisen vastuun filosofisen tiedekunnan harteilta. Filosofisesta tiedekunnasta tuli varsinainen tohtoritiedekunta ja muut tiedekunnat painottuivat ammattikasvatukseen. Oikeustieteellisellä tiedekunnalla oli keskeinen asema sen osallistuessa Suomen suuriruhtinaskunnan oikeusjärjestyksen rakentamiseen ja se kasvoi tiedekunnista suhteellisesti eniten 1800-luvun alussa.
Sivistys- ja tiedeyliopiston ihanteen mukaisesti yliopisto omaksui myös kansallisen ja yleisen sivistystehtävän. Yliopiston statuuttien ensimmäisen pykälän sisältö oli kokonaisuudessaan: ”Keisarillinen Aleksanterin Yliopisto on perustettu edistämään Tieteiden ja vapaiden Taiteiden kehitystä Suomessa, ja sen ohessa kasvattamaan sen nuoriso Keisarin ja Isänmaan palvelukseen”. Yliopiston tuli kantaa vastuu virkamies- ja kansalaismoraalista, jakaa sivistystä ja vastuuta, kasvattaa omakohtaiseen ajatteluun ja vapaaseen tutkimukseen.
Nimenomaan yliopisto sai tehtäväkseen luoda Suomen suuriruhtinaskunnan asukkaista kansakunta. Sivistysyliopiston ihanteen ja Euroopassa vallalla olleen kansallisromanttisen aatteen kohdatessa autonomisen Suomen Keisarillisessa Aleksanterin Yliopistossa heräsi suomalainen kansallisuusaate . Missään muualla maailmassa ei yliopistolla ole ollut yhtä keskeistä asemaa kansallisen hengen herättäjänä kuin Suomessa.
Kuninkaallinen Turun Akatemia oli kiinteästi eurooppalaiseen yliopistoperinteeseen sidottu, mutta suhteellisen perifeerinen, vähävarainen ja tieteellisesti eristäytynyt yliopisto. Akatemian ansiosta suomalaisten opiskelijoiden ei kuitenkaan enää tarvinnut matkustaa Euroopan muihin yliopistoihin saadakseen asianmukaista opetusta.
Toisaalta juuri tämä vähensi suomalaisten suoria kontakteja Euroopan tiedekeskuksiin 1600-luvun lopulla ja siksi Turussa harjoitettava tiede, etenkin luonnontiede ja lääketiede jäivät jälkeen Manner-Euroopan nopeasta kehityksestä.
Kirkon ja yliopiston vahva sidonnaisuus vaikutti ratkaisevasti yliopistossa harjoitettavaan tieteeseen. Raamattua tutkittiin ja selitettiin ahkerasti samalla, kun sen auktoriteetti oli ehdoton; Raamatun kyseenalaistamista ei sallittu tieteen nimissä tai sen keinoin. Kaikki luterilaisesta tunnustuksesta poikkeavat käsitykset torjuttiin jyrkästi. Turussa osoitettiin epäluuloa monta Manner-Euroopassa jo hyväksyttyä näkemystä kohtaan. Esimerkiksi kartesiolaisuuden ja kopernikanismin koettiin olevan ristiriidassa Raamatun kanssa ja nämä näkemykset torjuttiin.
Toisin kuin nykyään yliopistossa ei 1600-luvulla ollut tarkoitus harjoittaa uutta luovaa ajattelua tai tehdä tieteellisesti uutta tutkimusta. Kuninkaallinen Turun Akatemia ei varsinaisessa mielessä ollut tiedeyliopisto vaan pikemminkin kirkonmiesten opetus- ja koulutuslaitos. Akatemiassa opetettiin ainoastaan niitä teoksia, jotka yliopiston perussäännöissä, statuuteissa oli määrätty. Näin uusille pappissukupolville välitettiin ainoastaan oikeaksi todettua ja todistettua tietoa.
Kuninkaallisessa Turun Akatemiassa kirjoitettiin 1640-1808 yhteensä yli 3000 maisterinväitöstyötä. Näitä usein professorien kirjoittamia väitöksiä puolustamalla ylioppilaat osoittivat tieteellisen pätevyytensä . He vastasivat myös väitöskirjojen painatuskustannuksista. Erilaisia ajankohtaisia aiheita käsittelevät väitöskirjat muodostivat keskeisen foorumin uusimpien tieteellisten tulosten ja ajatusten välittämiselle ja tärkeän vaihtoehdon statuuttien tarkasti määrittelemälle luentokirjallisuudelle. Useat professorit julkaisivat laajemmat teoksensa juuri väitöskirjasarjoina.
Professorit luennoivat statuuttien määräysten mukaisesti yhden tunnin verran maanantaina, tiistaina, torstaina ja perjantaina. Keskiviikko ja lauantai oli varattu väittelyille. Tämän lisäksi ylioppilaille annettiin maksullista yksityisopetusta niin professoreiden kuin yksityisopettajien ja vanhempien ylioppilaiden toimesta. Akatemian professorit olivat monioppineita, joille siirtyminen tieteenalalta toiseen oli pikemminkin sääntö kuin poikkeus. Akatemian opetuskielinä toimivat latina ja ruotsi. Varojen puutteessa akatemiassa ei tehty tieteellisiä kokeita eikä hankittu havaintovälineitä professorien henkilökohtaisten instrumenttien lisäksi.
Tiedekunnista suurin, filosofinen tiedekunta oli luonteeltaan perustiedekunta, jossa kaikki ylioppilaat aloittivat opintonsa. Vasta tämän jälkeen heillä oli mahdollisuus erikoistua muissa tiedekunnissa. Filosofisen tiedekunnan piirissä suomenkielen tutkimus käynnistyi nopeasti. Professori Aeschilleus Petraeus (1593-1657) julkaisi jo 1649 suomen kielen kuvauksen Linguae Finnicae brevis institutio. Muiden kielien osalta luettiin ahkerasti klassisia kieliä eli Raamatun alkukieliä hepreaa, kreikkaa ja latinaa. Myös retoriikan opetus sopi hyvin pappiskoulutukseen.
Parhaimpiin tieteellisiin tuloksiin 1600-luvun akatemiassa päästiin Raamatun alkukielen heprean tutkimuksessa. Piispa Johannes Gezelius vanhempi ryhtyi 1670-luvun alussa laatimaan tekstikriittistä ruotsinkielistä Raamatun selitysteosta. Hän koulutti myös poikansa Johannes Gezelius nuoremman tähän työhön. Heidän kansainvälisesti korkeatasoinen teos julkaistiin vuonna 1728.
Yliopistolla annettiin musiikin, piirustuksen, miekkailun, ratsastuksen ja modernien kielten kuten ranskan ja italian opetusta. Näitä nuoren aatelismiehen tarvitsemia taitoja opettivat yliopistossa opiskeleville säätyläisnuorille alansa ammattilaiset, tarkoitusta varten palkatut harjoitusmestarit. Yliopistolla toimi siis miekkailunopettaja ja ratsastuksenopettaja siinä missä kreikankielen professorikin.
Harjoitusmestarilaitoksen ansiosta yliopistotoiminta monipuolistui huomattavasti. Monet nykyiset tieteenalat kuten modernien kielien tutkimus ja opetus, musiikkitiede, liikuntatieteet sekä instituutiot kuten yliopiston piirustuslaitos ovat peräisin harjoitusmestarilaitoksesta.
1800- ja 1900-lukujen vaihde oli tapahtumarikas kausi. Niin tutkimuksessa kuin politiikassa sovellettiin uutta kriittisempää ajattelua. Opiskelu- ja tutkimusmuodot kehittyivät ja yhä useammat tieteenalat erikoistuivat ja eriytyivät.
1800-luvun loppu ja 1900-luvun alku olivat tieteen ja tutkimuksen voimakasta nousukautta Euroopassa. Kirjapainotekniikan kehittymisen ja painatuksen halpenemisen myötä painetun ja tutkitun ajantasaisen tiedon määrä kasvoi nopeasti. Tutkimustoiminnan laajentuminen ja matkustamisen lisääntyminen muuttivat myös Suomen Keisarillisen Aleksanterin Yliopiston opetusta ja tutkimusta 1800-luvun lopulla. Muutos ilmeni mm. laboratorio- ja seminaaritutkimuksen käynnistämisenä, opetuksen ja tutkimuksen tehostumisena, väitöskirjojen laadun kohentumisena ja uusina tieteenaloina.
Tieteessä kriittinen tutkimusote voimistui. Lähdekritiikki lisääntyi ja mittaustulokset tarkentuivat. Kvantitatiiviset metodit olivat ajalle ominaisia; operoitiin numeroilla, kokeilla ja tilastoilla. Metodikriittinen ote korvasi uskonnollis-idealistisen maailmankuvan ja ihannoivan romanttisen tieteellisen otteen. Aikalaiset kokivat, että oltiin siirrytty mystisistä ja yliluonnollisista selityksistä eksaktiin tieteelliseen tutkimukseen.
Luonnontieteissä laboratoriotutkimus ja –opetus lisääntyivät. Laboratorioita varten rakennettiin niiden edellyttämiä uusia tiloja mm. kemian-, fysiikan-, fysiologian- ja kasvitieteen laitos sekä patologis-anatominen instituutti. Laboratoriot mahdollistivat uudenlaisen tieteellisen tutkimuksen. Suomalainen tiede menestyikin empiiristen menetelmien, mittauksien ja kokeiden käytössä.
1900-luvun alun merkittävimpiin suomalaisiin tieteellisiin saavutuksiin kuuluu Robert Tigerstedtin verenkiertoon kohdistuvat tutkimukset, Gunnar Ekmanin työt vesiliskon alkiokehityksestä, Fredrik Elfvingin kokeet kasvien kasvusuunnasta, E. A. Homénin streptokokkikokeet, V. A. Heiskasen painovoimahavainnot, Yrjö Väisälän kolmiomittaukset geodeettiselle perusviivalle, Jarl Wasastjernan atomin kokoa koskevat mittaukset, J. J. Sederholmin kallioperätutkimukset ja Yrjö Ilvessalon metsien inventaarioprojekti. Teoreettisten tieteiden osalta K. F. Sundman ratkaisi dynamiikassa 1912 kolmen kappaleen probleeman ja Gunnar Nordström kilpaili Albert Einsteinin kanssa suhteellisuusteorian skalaarisen painovoimateorian alueella.
Humanistisissa aineissa otettiin käyttöön seminaari- eli pienryhmäopetus. Seminaareihin liittyi usein tarkoitusta varten kerätty, alan kirjallisuudesta koostuva seminaarikirjasto. Niiden ympärille kehittyi myöhemmin luonnontieteiden laboratorioiden kaltaisia laitoksia työhuoneineen ja luentosaleineen. Tilastoivan aikakauden ilmentyminä rakennettiin Suomeen myös arkeologian ja kansantieteen tutkimukselle keskeinen Kansallismuseo, historioitsijoille merkittävä Valtionarkisto, fennougristeille keskeinen Suomalaisen Kirjallisuuden Seuran talo ja taidehistorioitsijoille hyödyllinen Ateneum.
Tieteellisen muutoksen ohella koettiin myös merkittävä yhteiskunnallinen muutos. Sääty-yhteiskunta kehittyi kohti kansalaisyhteiskuntaa ja kansan yleinen sivistystaso nousi merkittävästi. Yliopiston opiskelijakunta suomenkielistyi ja sen sosiaalinen tausta muuttui. Yliopistokoulutuksesta kehittyi aiempaa merkittävämpi sosiaalisen nousun väylä. Ensimmäisen maailmansodan vuosina yli kolme neljäsosaa yliopistoon kirjoittautuneista uusista ylioppilaista ilmoitti puhuvansa äidinkielenään suomea.
Vuosisadan vaihteessa yliopisto koki voimakkaan kasvuvaiheen. Opettajakunta moninkertaistui ja jo aiemmin perustettujen dosentin virkojen määrä lähti huomattavaan kasvuun. Kehitys oli seurausta tieteellisestä erikoistumisesta, eräänlaista luonnollista kasvua. Uusien virkojen kautta monet tieteenalat kuten kemia, geologia, geodesia, meteorologia, hydrologia, elintarviketiede, maataloustiede ja metsätiede vakiinnuttivat asemansa. Opiskelijoiden määrä kasvoi niin paljon, että aikalaiset puhuivat suoranaisesta opiskelijatulvasta. Ensimmäisen maailmansodan aikaan (1914-17) yliopistossa oli keskimäärin 3000 läsnäolevaa opiskelijaa. Kasvuun vaikutti merkittävästi naisten saama opiskeluoikeus. Yliopiston, sen professorikunnan ja opiskelijoiden määrän suuri kasvu johti myös tiedekuntien kasvuun ja niiden eriytymiseen.
Vuosisadan vaihde oli taloudellisen kasvun aikaa niin Suomelle kuin yliopistolle. Metsäteollisuuden vetämänä maa vaurastui ja uusi teknologia kuten lennätin ja rautatie modernisoivat yhteiskuntaa. Koulutuksen kysyntä kasvoi; valtion virkojen määrä kuusinkertaistui 1870-1910. Myös kasvava teknistyvä ja sähköistyvä teollisuus tarvitsi lisää tutkimustietoa ja korkeasti koulutettuja henkilöitä palvelukseensa. Tämän seurauksena perustettiin Teknillinen korkeakoulu (1908) ja Kauppakorkeakoulu (1911) yliopistosta erillään kauppa- ja teollisuusministeriön alaisuuteen. Yliopiston filosofisen tiedekunnan alaisuuteen perustettiin maanviljelys-taloudellinen osasto (1902) edistämään maa- ja metsätalousalojen opetusta ja tutkimusta. Osasto kehittyi nopeasti omaksi maatalous-metsätieteelliseksi tiedekunnakseen (1924).
Ylioppilasmäärän voimakas kasvu vuosisadan vaihteessa sekä korkeakoulujen perustaminen herätti keskustelun Helsingin ulkopuolella järjestettävästä yliopistollisesta opetuksesta. Kansalaisten toimesta kerättiin varat kahden uuden yliopiston perustamiseksi Turkuun. Ensimmäinen maailmansota kuitenkin katkaisi nämä suunnitelmat ja ruotsinkielinen Åbo Akademi (1919) ja Turun Suomalainen Yliopisto (1922) perustettiin vasta itsenäisen Suomen tasavallan toimesta.