Прототип подводной лодки, которая могла использоваться по прямому назначению, был создан в России в 1834 году Шильдером Карлом Андреевичем. Двигателя на борту не было, лодка приводилась в движение мускульной силой, для чего оснащалась механическими «ластами». По задумке, передвигаясь под водой до трёх часов, аппарат мог приблизиться к вражескому кораблю и поразить его пороховой миной с электрическим взрывателем. На лодку были назначены два штатных командира и экипаж в количестве 12 человек.
Первым конструктором серийных подводных лодок стал Степан Карлович Джевецкий. Будущий император Александр III следил за испытанием подводного аппарата небольшого водоизмещения, после чего из казны были выделены деньги на серию из 50 подводных лодок. Они приводились в движение при помощи мускульной силы, на вооружении лодок было по две мины, сами аппараты предназначались для защиты морских крепостей. По сравнению с броненосцами того времени эти корабли выглядели слабыми и прослужили до 1886 года.
В 1866 была построена 350-тонная лодка Ивана Федоровича Александровского. Она могла погружаться и относительно долго передвигаться под водой, используя поршневые пневматические машины, питавшиеся сжатым воздухом от 200 чугунных баллонов.
Первой российской подводной лодкой, официально принятой на вооружение, стала подлодка «Дельфин», вошедшая в состав флота в 1903 году под обозначением «миноносец № 113». Она была вооружена двумя внешними решётчатыми торпедными аппаратами системы Джевецкого и имела полное водоизмещение 124 тонны. Днём образования подводного флота России принято считать 19 марта 1906 года, когда был подписан императором Николаем II указ о выведении из состава миноносных сил двадцати подводных лодок-миноносцев, которые успешно выполняли погружения с 1902 по 1905 годы.
2 января 1904 года Балтийскому заводу был выдан заказ на постройку подводной лодки типа «Касатка» водоизмещением 140 тонн по проекту Бубнова и Беклемишева. Всего было построено 6 лодок этого типа (Касатка, Скат, Налим, Макрель, Окунь, Фельдмаршал граф Шереметев).
После начала Русско-японской войны царское правительство искало пути усиления военно-морской группировки на Дальнем Востоке. В Германии были приобретены три субмарины типа «Карп» (Карп, Карась, Камбала) и электроход «Форель» (получена в подарок в связи с заключением контракта на постройку трёх лодок типа «Карп»). Подлодки типов «Осетр» (Осётр, Кефаль, Сиг, Бычок, Палтус, Плотва) и «Сом» (Сом, Щука, Пескарь, Стерлядь, Белуга, Лосось, Судак) были куплены в США. В ноябре 1904 года во Владивосток по железной дороге отправились шесть подводных лодок, из которых был сформирован отряд миноносцев.
В 1909 году была построена экспериментальная подводная лодка «Почтовый» конструкции С.К. Джевецкого. В США были куплены четыре подлодки типа «Кайман» (Кайман, Аллигатор, Крокодил, Дракон) конструкции Лэка. На Балтийском море в 1909 году была построена подводная лодка «Минога» - одна из первых в мире дизель-электрических подводных лодок, в 1911 году - «Акула», первая российская подлодка дальнего радиуса действия.
В 1912 году Балтийский судостроительный завод построил дизельную подводную лодку типа «Барс», развивающую скорость 11,5 узлов (21,3 км/ч)/ 8,5 узлов (15,7 км/ч) при глубине погружения 90 метров. Вооружение состояло из двенадцати торпедных аппаратов, двух артиллерийских орудий и одного пулемёта. В том же году на заводе Наваль в Николаеве был построен первый в мире подводный минный заградитель «Краб». В 1914 году были построены 3 малые подводные лодки типа «27-В» (№ 1, № 2, № 3) конструкции Голланда для прибрежной обороны. В 1915—1917 годах в состав Балтийского флота вступили 19 подводных лодок типа «Барс» (Барс , Гепард, Вепрь, Волк, Тигр, Львица, Змея, Единорог, Пантера, Рысь, Ягуар, Кугуар, Леопард, Тур, Угорь, Гагара, Утка, Буревестник, Орлан) и пять — типа «Американский Голланд» («АГ-11», «АГ-12», «АГ-13», «АГ-14», «АГ-15»), купленных в Америке и собранных в России. На Чёрном море в 1911-1915 годах были построены три подлодки типа «Нерпа» (Нерпа, Морж и Тюлень) по проекту И. Бубнова и в 1911-1916 годах три подлодки типа «Нарвал» (Кашалот, Кит, Нарвал) по проекту Голланда. В 1917 году в Италии по заказу России была построена подлодка «Святой Георгий», направленная на службу в Романов-на-Мурмане (будущий Мурманск) в состав Флотилии Северного Ледовитого океана.
Бригада подводного плавания Черноморского флота активно участвовала в Первой мировой войне на Чёрном море. Лодки вели позиционную службу, выставляли минные заграждения, проводили разведку. Суммарно подводные силы потопили до 300 турецких каботажных судов. Капитан 1-го ранга М. А. Китицын первый по количеству побед и второй по потопленному тоннажу подводник Российского Императорского флота, он одержал 36 побед, потопив суда общей валовой вместимостью 8973 брутто-регистровых тонны. Командир бригады подводного плавания — капитан 2-го ранга В. Е. Клочковский. Подводные лодки Балтийского флота совместно с направленными в Балтийское море десятью подводными лодками союзной Великобритании типов «Е» и «С» совершили 78 боевых походов, уничтожив два крейсера и 16 транспортных судов противника.
К моменту распада Российской империи в феврале-марте 1917 года на стапелях строились следующие подводные лодки: подлодка «Ёрш» переоборудовалась в минный заградитель из подлодки проекта «Барс», из США былу доставлены 6 комплектов для постройки подлодок типа «Американский Голланд» («АГ-21», «АГ-22», «АГ-23», «АГ-24», «АГ-25», «АГ-26»), было начато строительство серии подводных лодок Типа «Б-1» («Генерал-майор Бубнов»). Вся серия должна была составить 20 ед. Было заказано: 4 ПЛ – Балтийский завод, 6 ПЛ – Русско-Балтийский завод (г. Ревель) – 1915 г.; ещё 8 ПЛ – Балтийский завод и 2 ПЛ – Русско-Балтийский завод – 1916 г. Заложить до революции успели только 4 единицы.
